KR20060117545A - Method for feature extraction of ecg signal - Google Patents

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KR20060117545A
KR20060117545A KR1020050039467A KR20050039467A KR20060117545A KR 20060117545 A KR20060117545 A KR 20060117545A KR 1020050039467 A KR1020050039467 A KR 1020050039467A KR 20050039467 A KR20050039467 A KR 20050039467A KR 20060117545 A KR20060117545 A KR 20060117545A
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wave
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KR1020050039467A
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이종호
김태선
김현동
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인하대학교 산학협력단
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    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • A61B5/346Analysis of electrocardiograms
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Abstract

A method for extracting property of an electrocardiogram signal is provided to extract property about a heart rate, a QRS interval, a PR interval, a QT interval and a T wave on the basis of a starting point, an end point, and a peak point of each P, QRS, and T wave. A method for extracting property of an electrocardiogram signal includes the steps of: extracting the maximum value within a predetermined period as a peak point of an R wave; extracting two points meeting a baseline of the R wave as a starting point and an end point of a QRS complex; extracting the maximum voltage point as a peak point of P wave in a left part of the QRS complex, preceding the starting point of the QRS complex on the basis of time; and extracting the value having a bigger difference with a baseline between the maximum value and the minimum value in a right part on the basis of the end point of the QRS complex as a peak point of the T wave.

Description

심전도 신호의 특징추출방법{METHOD FOR FEATURE EXTRACTION OF ECG SIGNAL}Characteristic extraction method of ECG signal {METHOD FOR FEATURE EXTRACTION OF ECG SIGNAL}

도 1은 일반적인 심전도 신호의 주요 특징 파형을 나타낸 도.1 illustrates the main characteristic waveforms of a typical ECG signal.

도 2는 본 발명에 따른 심전도 신호의 특징추출방법을 수행하기 위한 전체적인 동작 흐름도.2 is an overall operation flow chart for performing the feature extraction method of the ECG signal according to the present invention.

도 3은 심전도 신호의 주요 인터벌 값들을 나타낸 파형도.3 is a waveform diagram showing major interval values of an ECG signal.

도 4는 정상파형에 대한 본 발명과 종래의 특징추출 비교도.Figure 4 is a comparison of the present invention and conventional feature extraction for the steady wave.

도 5는 좌각차단에 대한 본 발명과 종래의 특징추출 비교도.Figure 5 is a comparison between the present invention and the conventional feature extraction for the left angle block.

도 6은 본 발명과 종래 방법의 측정결과 및 오차를 나타낸 표.6 is a table showing the measurement results and errors of the present invention and the conventional method.

본 발명은 심전도 신호의 특징추출방법에 관한 것으로, 특히 심전도 신호의 형태적인 특징을 이용하여 간단하게 심전도 신호의 특징을 추출할 수 있도록 하는 심전도 신호의 특징추출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a feature extraction method of an electrocardiogram signal, and more particularly, to a feature extraction method of an electrocardiogram signal that can be used to extract the features of the electrocardiogram signal simply by using the morphological features of the electrocardiogram signal.

심전도(Electrocardiogram : ECG)는 심장의 전기적 활성을 측정하는 것이 며, 전극을 특정부위에 부착함으로써 전기적 활동의 도표를 얻을 수 있다.        Electrocardiogram (ECG) is a measure of the electrical activity of the heart. A diagram of electrical activity can be obtained by attaching electrodes to specific sites.

심전도 신호의 발생 원인인 심장박동은 우심방(Right Atrium)에 자리잡은 동방결절(Sinus Node)에서 시작된 임펄스가 먼저 우심방과 좌심방(Left Atrium)을 탈분극(Deploarization)시키며 방실결절(Atrioventricular Node)에서 잠시 지체된 후 심실을 활성화시킨다. The heartbeat, the source of the ECG signal, is impaired by the sinus node located in the right atrium, first delayed in the atrioventricular node by deploarization of the right atrium and left atrium. Activate the ventricle afterwards.

중격(Septum)이 가장 빠르고 벽이 얇은 우심실은 벽이 두꺼운 좌심실보다 먼저 활성화 된다. 푸르키녜 섬유(Purkinje Fiber)까지 전달된 탈분극 파는 심근에서 파도(Wavefront)와 같이 심장내막에서 외 심막으로 퍼져나가면서 심실수축을 일으키게 된다. 정상적으로 전기적 자극이 심장을 통하여 전도되기 때문에 심장은 분당 약 60~100회 수축된다. 각 수축은 1회 심박동수로 나타낸다.The fastest septum and thinner right ventricle are activated before the thicker left ventricle. Depolarized waves, which are delivered to Purkinje Fiber, spread out from the endocardium to the outer pericardium, like the wavefront in the myocardium, causing ventricular contractions. Normally electrical stimulation is conducted through the heart, so the heart contracts about 60-100 times per minute. Each contraction is represented by one heart rate.

상기와 같은 심전도는 두 부위간의 전위차를 기록하는 양극 유도(Bipolar Lead)와 전극을 부착시킨 부위의 전위를 기록하는 단극 유도(Unipolar Lead)를 통해 검출할 수 있으며, 심전도를 측정하는 방법에는 양극 유도인 표준 유도(Standard Limb Lead), 단극 유도인 사지 유도(Unipolar Limb Lead), 단극 유도인 흉부 유도(Precordial Lead) 등이 있다.The ECG can be detected through a bipolar lead recording the potential difference between the two sites and a unipolar lead recording the potential of the site to which the electrode is attached. Standard Limb Lead, Unipolar Limb Lead for Unipolar Induction, and Precordial Lead for Unipolar Induction.

상기 표준 유도에는 유도 I(음극으로 정해진 오른팔과 양극으로 정해진 왼팔로 구성), 유도 II(음극으로 정해진 오른팔과 양극으로 정해진 왼발로 구성), 유도 III(음극으로 정해진 왼팔과 양극으로 정해진 왼발로 구성)가 있다.The standard induction consists of induction I (consisting of the right arm designated as the negative electrode and the left arm designated as the anode), induction II (consisting of the left arm designated as the anode and the positive electrode), and induction III (consisting of the left arm designated as the negative electrode and the left foot designated as the anode There is).

사지 유도에는 오른손 증폭사지유도(오른팔의 전극은 양극이고, 왼팔과 왼발의 전극은 음극으로 구성), 왼손 증폭사지유도(왼팔의 전극은 양극이고, 오른팔과 왼다리의 전극은 음극으로 구성), 왼발 증폭사지유도(왼발의 전극은 양극이고, 오른팔과 왼팔에의 전극은 음극으로 구성)가 있다.Induced limb induction of right hand amplification limb induction (right arm electrode is anode, left arm and left foot are anode), left hand amplification limb induction (left arm is anode, right arm and left leg is cathode), Left foot amplification limb induction (the electrode on the left foot is the anode, and the electrodes on the right and left arms are composed of the cathode).

또한, 흉부 유도에는 V1(제 4늑간 흉골우연), V2(제 4늑간 흉골좌연), V3(V1,V2의 중간점), V4(제 5늑간의 높이에서 왼쪽 쇄골 중앙선이 만나는 부위), V5(V4와 수평연장선과 좌측 전액와선이 만나는 부위), V6(V4와 수평연장선과 좌측 중앙 액와선과 만나는 부위)가 있다. Chest induction also includes V1 (4th intercostal sternal chance), V2 (4th intercostal sternal left margin), V3 (midpoint of V1, V2), V4 (where the left clavicle centerline meets at the height of the 5th intercostal), V5 (Where V4 meets the horizontal extension line and the left full ligament line), and V6 (where V4 meets the horizontal extension line and the left central axillary line).

상기 표준 유도와 사지 유도는 심장전면(Frontal Plane)의 심전도를 기록하며, 흉부 유도는 수평면(Horizontal Plane)의 심전도를 기록한다. The standard induction and limb induction record the electrocardiogram of the frontal plane and the chest induction record the electrocardiogram of the horizontal plane.

심장의 전기적 활성단계는 크게 심방 탈분극, 심실 탈분극, 심실 재분극 시기로 나뉘며, 이러한 각 단계는 도 1에 나타난 바와 같이 P, QRS, T파라고 불리는 몇 개의 파의 형태로 반영된다. The electrical activity of the heart is largely divided into atrial depolarization, ventricular depolarization, and ventricular repolarization, and each of these steps is reflected in the form of several waves called P, QRS, and T waves, as shown in FIG.

이러한 파들은 표준 형태를 갖추어야 심장의 전기적 활성이 정상이라고 볼 수 있다. 표준 형태인지 아닌지를 파악하기 위해서는 각 파가 유지되는 시간, 각 파끼리의 인터벌(Interval), 각 파의 진폭, 첨도 등의 특징들이 정상 범위에 속하는지를 검사하여야 한다. These waves must have a standard shape to ensure that the heart's electrical activity is normal. To determine whether it is in standard form, we need to check whether the characteristics of each wave, such as the duration of each wave, the interval of each wave, the amplitude of each wave, and the kurtosis, fall within the normal range.

측정된 심전도 파형은 단지 시간에 따른 심장의 전위차를 나타내는 것에 불과하다. 따라서 원래 심전도 파형에서 부여할 수 있는 정상 파형과 비정상 파형을 구분하기 위한 특징을 추출해야할 필요성이 있다. The measured ECG waveforms merely represent the potential difference of the heart over time. Therefore, there is a need to extract features for distinguishing between normal and abnormal waveforms that can be given from the original ECG waveform.

이러한 특징을 얻어내기 위해서는 우선 P, QRS 및 T파 각각의 시작점, 끝점 및 정점을 찾아내야한다. 이 정보를 바탕으로 각 파끼리의 인터벌, 각 파가 유지되 는 시간 및 각 파의 진폭 등을 알아낼 수 있다. To get this feature, we first need to find the start, end and vertex of P, QRS and T waves respectively. Based on this information, you can find out the interval of each wave, how long each wave is held, and the amplitude of each wave.

각각의 특징정보들은 임상데이터를 바탕으로 통계적 방법을 통해 얻은 정상 범위가 있다. 따라서 이러한 특징들이 정상범위에 들지 않는다면 심장 질환이 있을 가능성이 크다는 것을 암시하게 된다. Each feature has a normal range obtained through statistical methods based on clinical data. Thus, if these features are not within the normal range, it suggests that you are more likely to have heart disease.

즉, 평균적으로 이런 정상범위에 들지 않는 파형들이 많이 있다면 심장질환이 있다고 판단할 수 있고 따라서 심장질환의 진단을 위하여 ECG신호의 특징추출은 필수적인 부분이며, 심전도의 특징추출을 위해서 많은 연구가 되어왔다. That is, on average, if there are many waveforms that do not fall within this normal range, it can be judged that there is a heart disease. Therefore, the feature extraction of ECG signal is an essential part for diagnosing heart disease. .

대표적인 방법으로 교차 상관 함수와 자기 상관 함수를 이용하여 상관관계를 바탕으로 정상 ECG 파형과 이상 ECG 파형을 비교하여 구하는 방법이 있다(Alias Bin Ramli and Putri Aidawati Ahmad, "Correlation analysis for abnormal ECG signal features extraction", Proc. of IEEE 4th National Conf. on Telecom. Technology , Shah Alam Malaysia, pp. 232-237, 2003).A representative method is to compare the normal ECG waveform with the abnormal ECG waveform based on the correlation by using the cross correlation function and the auto correlation function (Alias Bin Ramli and Putri Aidawati Ahmad, "Correlation analysis for abnormal ECG signal features extraction). ", Proc. Of IEEE 4th National Conf. On Telecom. Technology, Shah Alam Malaysia, pp. 232-237, 2003).

또 다른 접근 방식으로는 ECG 신호의 형태적인 특징을 이용하여 수학적인 공식을 유도하여 구현한 "So and Chan"의 방법과 "Pan and Tompkins" 방법 등이 있다(K. F.Tan, K. L. Chan and K.Choi, "Detection of the QRS complex, P wave and T wave in electrocardiogram", Proc. of IEEE Advances in Medical Signal and Information Processing, September pp. 41-47, 2000).Other approaches include the "So and Chan" method and the "Pan and Tompkins" method, which derive mathematical formulas using the morphological features of ECG signals (KFTan, KL Chan and K.Choi). , "Detection of the QRS complex, P wave and T wave in electrocardiogram", Proc. Of IEEE Advances in Medical Signal and Information Processing, September pp. 41-47, 2000).

또한, Wavelet변환을 이용해서 ECG 파형의 특징을 추출하는 방법이 있다(Ming-Yao Yang, Wei-Chin Hu and Liang-Yu Shyu ,"ECG events detection and classification using wavelet and neural networks", Proc. of the 19th IEEE Int'l Conf. on Engineering in Medicine and Biology, Oct. 30 - Nov. 2, Chicago, IL. USA, pp. 289-292, 1997).In addition, there is a method of extracting ECG waveform features using Wavelet transformation (Ming-Yao Yang, Wei-Chin Hu and Liang-Yu Shyu, "ECG events detection and classification using wavelet and neural networks", Proc. Of the 19th IEEE Int'l Conf. On Engineering in Medicine and Biology, Oct. 30-Nov. 2, Chicago, IL. USA, pp. 289-292, 1997).

이러한 종래의 특징추출방법들은 통계적인 방법이나 수학적 공식유도방법을 사용하고 있어 복잡한 연산을 필요로 하는 단점이 있다.These conventional feature extraction methods use a statistical method or a mathematical formula derivation method, which requires a complicated operation.

일 예로, "So and Chan" QRS 검출 방법은 ECG 파형의 기울기와 기울기의 임계값을 비교하여 QRS 컴플렉스(Complex)의 시작점을 찾는다. 먼저 시간 n에서의 ECG신호의 기울기 값은 식 (1)에 의해 얻는다.As an example, the “So and Chan” QRS detection method finds the starting point of the QRS complex by comparing the slope of the ECG waveform with the threshold of the slope. First, the slope value of the ECG signal at time n is obtained by equation (1).

slope(n) = -2X(n-2) - X(n-1) + X(n+1) + 2X(n+2) ......(1) slope (n) = -2X (n-2)-X (n-1) + X (n + 1) + 2X (n + 2) ... (1)

또한, 기울기의 임계값은 식 (2)에 의해 얻는다.In addition, the threshold value of the slope is obtained by equation (2).

slopethresh = (threshparam/16) * maxi ......(2)slope thresh = (thresh param / 16) * maxi ...... (2)

두 개의 연속적인 ECG 데이터는 slope(n) > slopethresh를 만족할 때 QRS 컴플렉스의 시작점을 찾아낼 수 있다. Two consecutive ECG data can find the starting point of the QRS complex when slope (n)> slope thresh is satisfied.

여기서, 변수 threshparam는 2,4,8,16으로 설정할 수 있다. QRS 컴플렉스의 시작점을 찾은 후에 최대값(maxi)은 R파의 정점으로 간주한다. 여기서 maxi의 값은 식 (3), (4)에 의해 갱신된다.Here, the variable thresh param can be set to 2,4,8,16. After finding the starting point of the QRS complex, the maximum value (maxi) is regarded as the peak of the R wave. Here, the value of maxi is updated by equations (3) and (4).

maxi = ((firstmax - maxi)/filterparam) + maxi ......(3)maxi = ((first max -maxi) / filter param ) + maxi ...... (3)

firstmax = heightofRpoint - heightofQRSonset ......(4) first max = heightofRpoint-heightofQRSonset ...... (4)

이 식은 갑작스런 값의 변동을 평탄화하는 필터의 역할을 한다. 여기서, filterparam은 2,4,8,16으로 설정할 수 있다. 초기 maxi값은 ECG 파일에서 최초 250개의 데이터 점들 중에서 경사의 최대값이다.This equation serves as a filter to smooth out sudden fluctuations in value. Here, the filter param may be set to 2, 4, 8, 16. The initial maxi value is the maximum slope of the first 250 data points in the ECG file.

이와 같이, 종래의 특징추출방법은 통계적인 방법이나 수학적 공식유도방법을 사용하고 있어 복잡한 연산을 필요로 하며, 이에 따라 특징추출을 위한 전처리 시간이 증대되는 단점이 있었다.As described above, the conventional feature extraction method uses a statistical method or a mathematical formula derivation method, which requires a complicated operation, and thus, a preprocessing time for feature extraction is increased.

본 발명은 이러한 점을 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 심전도 신호의 형태적인 특징을 이용하여 특징을 추출함으로써 복잡한 연산과정을 거치지 않고도 특징을 추출할 수 있어 신속한 특징추출이 가능함은 물론 종래에 비해 상대적으로 정확한 특징추출이 가능한 심전도 신호의 특징추출방법을 제공함에 있다.The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to extract a feature using a morphological feature of an electrocardiogram signal, so that the feature can be extracted without a complicated calculation process, and thus it is possible to extract a feature quickly, as compared with the conventional art. To provide a feature extraction method of the ECG signal capable of accurate feature extraction.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 심전도 신호의 특징추출방법은, 소정 시간을 주기로 최대값에 해당하는 값을 R파의 정점으로 추출하고, R파가 기저선과 만나는 두 점을 각각 QRS 컴플렉스의 시작점과 끝점으로 추출하며, In the ECG signal feature extraction method according to the present invention, a value corresponding to the maximum value is extracted at the peak of the R wave at a predetermined time interval, and the two points where the R wave meets the baseline are each of the QRS complex. Extract to start and end points,

상기 QRS 컴플렉스의 시작점보다 시간적으로 선행한 QRS 콤플렉스의 시작점의 왼쪽에서 전압값이 가장 큰 점을 P파의 정점으로 추출하고, 상기 QRS 컴플렉스의 끝점을 기준으로 오른쪽에서의 최대값과 최소값 중 기저선과의 차이가 큰 값을 T파의 정점으로 추출하는 것을 특징으로 한다.The point having the largest voltage value at the left side of the start point of the QRS complex which is temporally preceding the start point of the QRS complex is extracted as the peak of the P wave, and the baseline and It is characterized by extracting a value having a large difference as a vertex of the T wave.

본 발명은 또한, 기저선을 기준으로 일정한 수의 문턱값을 적용하여 추출된 R파의 크기가 상기 문턱값을 넘지 못하면 R파로 인정하지 않으며, 상기 P파의 정점 왼쪽과 오른쪽에서 기저선과 만나는 점에 해당하는 부분을 각각 P파의 시작점과 끝점으로 추출하고, 상기 T파의 정점을 기준으로 왼쪽과 오른쪽에서 기저선과 만나는 점에 해당하는 부분을 각각 T파의 시작점과 끝점으로 추출함을 특징으로 한다.The present invention also does not recognize the R wave if the magnitude of the extracted R wave does not exceed the threshold value by applying a certain number of threshold values based on the base line, and meets the base line at the left and right sides of the P-wave peak. The corresponding portions are extracted as starting and ending points of the P wave, respectively, and the portions corresponding to the baseline at the left and right sides of the T wave are extracted as starting and ending points of the T wave, respectively. .

또한, 본 발명은 상기 R파의 정점을 기준으로 각각 왼쪽과 오른쪽에서 가장 전압 크기가 낮은 값에 해당하는 점을 각각 Q파와 S파의 정점으로 추출하며, 상기 Q파의 정점을 기준으로 왼쪽에서 처음으로 기저선과 만나는 점을 Q파의 시작점으로 추출하고, 상기 S파의 정점을 기준으로 오른쪽에서 첫 번째로 기저선과 만나는 점을 S파의 끝점으로 추출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention extracts the points corresponding to the lowest value of the voltage on the left and right of the R wave vertex, respectively, as the peaks of the Q wave and the S wave, respectively, and from the left to the peak of the Q wave First, the point that meets the baseline is extracted as the starting point of the Q wave, and the point that first meets the baseline from the right side based on the vertex of the S wave is extracted as the end point of the S wave.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조로 하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are merely to illustrate the present invention is not limited to the contents of the present invention.

본 발명은 도시하지는 않았지만 심전도 파형을 입력받는 입력부, 상기 입력부를 통해 입력되는 심전도 파형으로부터 그 형태적인 특징을 이용하여 특징을 추출하는 특징추출부 및 상기 특징추출부에서 추출된 결과를 출력하는 출력부를 구비하는 시스템에서 구현되며, 상기 특징추출부는 심전도 신호의 형태적인 특징을 이용하여 먼저 R파의 정점을 찾아내고, QRS군의 시작점, 끝점을 찾아낸 다음, P파, T파의 시작점, 끝점, 정점을 찾아낸다. Although the present invention is not shown, an input unit for receiving an electrocardiogram waveform, a feature extractor for extracting a feature from the electrocardiogram waveform input through the input unit, and an output unit for outputting the result extracted by the feature extractor The feature extraction unit first finds the peak of the R wave using the morphological features of the ECG signal, finds the start point and the end point of the QRS group, and then starts, ends and vertices the P wave and the T wave. Find it.

그리고 이를 통해서 순간 심박수(RR 인터벌(Interval)로 심박수의 정상범위는 분당 60 내지 100회이다), PR 인터벌(P파에서 QRS 컴플렉스의 시작까지의 시간으로 이 시간의 대부분은 AV junction(AV node + His fiber)에서 지체되는 시간이며, 정상범위는 0.12~0.20sec이다), 탈분극이 지속되는 시간인 QRS기간(Duration), QRS 컴플렉스의 시작부터 T파의 끝까지의 시간이며 심방의 탈분극과 재분극을 합한 시간인 QT 인터벌, 기저선(Baseline)과 S파의 정점간의 인터벌을 심장질환을 진단하기 위한 특징으로 출력하게 된다.Through this, the instantaneous heart rate (RR interval is 60 to 100 times per minute), PR interval (the time from the P wave to the start of the QRS complex, most of which is AV junction (AV node + His fiber), the normal range is 0.12 ~ 0.20sec), the QRS duration (Duration), the time for depolarization to persist, the time from the start of the QRS complex to the end of the T wave, and the depolarization and repolarization of the atrium The interval between the QT interval, the baseline, and the peak of the S-wave, which is time, is output as a feature for diagnosing heart disease.

이러한 시스템에서 구현되는 본 발명을 도 2의 흐름도와 함께 살펴본다.The present invention implemented in such a system looks with the flow chart of FIG.

먼저, 입력부를 통해 입력되는 심전도 파형으로부터 특징추출부에서 특징추출을 위해 R파의 정점을 추출하게 된다(S110).First, the vertex of the R wave is extracted for feature extraction from the ECG waveform input through the input unit (S110).

심전도는 심장이 한 번 순환할 때마다 P, QRS 및 T파가 한 번씩 만들어지며 주기적으로 비슷한 파형의 연속적인 형태를 띠고 있다. 따라서 이 주기를 알면 각각의 파형을 구분할 수 있다. Electrocardiograms produce P, QRS, and T waves once each time the heart circulates, and have a continuous sequence of similar waveforms. Therefore, knowing this period can distinguish each waveform.

정상 ECG파형의 경우는 일반적으로 0.6-1초 사이의 RR인터벌을 갖는다. 정상 ECG의 경우는 R파의 정점은 하나의 ECG 파형에서 가장 큰 전압치를 갖는다. 따라서 0.8초를 주기로 최대값에 해당하는 값을 찾아내면 그 값이 R파의 정점에 해당한다. 동서맥의 경우는 RR인터벌이 1초 이상되는 경우에 해당한다. Normal ECG waveforms typically have an RR interval between 0.6-1 seconds. In the case of normal ECG, the peak of the R wave has the largest voltage value in one ECG waveform. Therefore, if you find the value that corresponds to the maximum value every 0.8 seconds, that value corresponds to the peak of the R wave. In the case of East and West, the RR interval is more than 1 second.

0.8초를 주기로 R파의 정점을 찾게 되면 동서맥의 경우에는 중간 중간에 R파가 없는 구간이 생기게 되어 잘못된 R파를 잡는 경우가 생긴다. 이러한 경우는 기저선을 기준으로 일정한 수의 문턱 값을 적용하여 추출된 R파의 크기가 이 문턱 값 을 넘지 못하면 R파로 인정하지 않는다.

Figure 112005024741243-PAT00001
If the peak of the R wave is found every 0.8 seconds, there is a section where there is no R wave in the middle of the East and West. In this case, the R wave is not recognized unless the magnitude of the R wave extracted by applying a certain number of threshold values based on the baseline does not exceed this threshold value.
Figure 112005024741243-PAT00001

이후, Q파 및 S파를 추출하게 된다. Q파와 S파는 각각 R파의 왼쪽과 오른쪽에 위치하며, R파의 왼쪽이 R파의 오른쪽에 비해 시간상 선행한다.Thereafter, Q waves and S waves are extracted. The Q and S waves are located to the left and right of the R wave, respectively, with the left side of the R wave leading in time compared to the right side of the R wave.

Q파와 S파의 경우는 정점이 아래로 향하는 곡선을 그린다. 따라서 추출한 R파의 정점을 기준으로 Q파의 정점과 S파의 정점은 R 파의 정점에서 왼쪽과 오른쪽에서 가장 전압의 크기가 낮은 점을 찾으면 된다.  In the case of Q and S waves, the vertex is drawn downward. Therefore, the peak of the Q wave and the peak of the S wave are found to be the lowest voltage points on the left and right sides of the peak of the R wave.

Q파의 시작점은 찾은 Q파의 정점을 기준으로 왼쪽에서 처음으로 기저선과 만나는 점에 해당한다. 그리고 S파의 끝점은 추출한 S파의 정점을 기준으로 오른쪽에서 첫 번째로 기저선과 만나는 점에 해당한다. The starting point of the Q wave corresponds to the first encounter with the baseline on the left side based on the found peak of the Q wave. The end point of the S wave corresponds to the point where the baseline is first seen from the right side based on the extracted S wave vertex.

신호에 따라 Q파와 S파가 없는 경우도 있는데, 이 경우에는 R파만 있는 것으로 간주하여 R파가 기저선과 만나는 두 점을 각각 QRS 컴플렉스의 시작점 및 끝점으로 추출한다. Q파와 S파를 찾아내면 Q파의 시작점부터 S파의 끝점까지의 거리를 구할 수 있고 이것이 QRS기간에 해당한다(S120). Depending on the signal, there may be no Q wave and no S wave. In this case, only the R wave is considered, and two points where the R wave meets the baseline are extracted as the start point and the end point of the QRS complex, respectively. If the Q wave and the S wave are found, the distance from the start point of the Q wave to the end point of the S wave can be obtained, which corresponds to the QRS period (S120).

일반적으로 QRS기간이 0.12초 이상이면 비정상으로 우각차단(Right Bundle Branch Block, RBBB)이나 좌각차단(Left Bundle Branch Block, LBBB)에 해당한다.In general, if the QRS period is 0.12 seconds or more, it abnormally corresponds to a right bundle block (RBBB) or a left bundle block (LBBB).

다음, P파 및 T파를 추출하게 된다. P파와 T파는 각각 QRS 컴플렉스의 왼쪽과 오른쪽에 위치한다. P파는 정점이 위로 향하는 곡선이며, QRS 컴플렉스의 시작점의 왼쪽에서 전압값이 가장 큰 점을 찾으면 P파의 정점이 된다. P파의 시작점과 끝점은 각각 P파의 정점의 왼쪽과 오른쪽에서 기저선과 만나는 점에 해당한다. Next, P and T waves are extracted. P and T waves are located on the left and right sides of the QRS complex, respectively. P-wave is the upward curve and the peak of the P-wave is found when the point with the largest voltage is found to the left of the starting point of the QRS complex. The starting and ending points of the P wave correspond to the baseline at the left and right sides of the P wave vertex, respectively.

T파의 경우는 정상파형은 정점이 위로 향하는 곡선이나 LBBB의 경우는 정점 이 아래로 향하는 곡선의 형태를 취한다. 따라서 T파의 정점은 QRS 컴플렉스의 끝점을 기준으로 오른쪽에서 최대값과 최소값을 구한 후, 이 중 기저선과의 차가 큰 값이 정점에 해당한다(S130). In the case of the T-wave, the normal waveform takes the form of a curve where the vertex is upwards, or in the case of LBBB, a curve where the vertex is downward. Therefore, the peak of the T-wave is obtained from the maximum value and the minimum value on the right side based on the end point of the QRS complex, and the difference between the baseline and the larger one corresponds to the vertex (S130).

이렇게 추출된 정점을 기준으로 각각 왼쪽과 오른쪽에서 기저선과 만나는 두 점을 찾아 T파의 시작점 및 끝점을 찾을 수 있다.Based on the extracted vertices, the starting and ending points of the T-wave can be found by finding two points that meet the baseline on the left and the right, respectively.

P파와 T파를 찾아내면, 도 3에 나타낸 바와 같이, P파의 시작점에서 QRS 컴플렉스의 시작점까지의 거리로 PR인터벌을 구할 수 있고, QRS 컴플렉스의 시작점으로부터 T파의 끝점까지의 거리로 QT인터벌 값을 구할 수 있다(S140). When the P wave and the T wave are found, as shown in Fig. 3, the PR interval can be obtained from the start point of the P wave to the start point of the QRS complex, and the QT interval from the start point of the QRS complex to the end point of the T wave. A value can be obtained (S140).

PR인터벌의 정상 범위는 0.12-0.20초이고, QT인터벌의 정상범위는 0.35-0.45초이다.The normal range of PR interval is 0.12-0.20 seconds, and the normal range of QT interval is 0.35-0.45 seconds.

다음은 본 발명의 실험 결과에 대하여 살펴본다.Next, look at the experimental results of the present invention.

본 발명의 효용성 평가를 위하여 MIT-BIH의 arrhythmia 데이터베이스의 정상 ECG파형 및 좌각차단, 우각차단, 동빈맥 및 동서맥의 네 가지 질환에 대한 100개의 데이터에 대하여 특징추출을 실행하였고 "So and Chan"의 방법과 결과를 비교하였다.To evaluate the efficacy of the present invention, we performed feature extraction on 100 data on the normal ECG waveform of MIT-BIH's arrhythmia database and four diseases of left angle block, right angle block, tachycardia and east-west vein. The method was compared with the results.

100개의 데이터 중 우각차단증상을 보이는 20개의 신호에 대하여 "So and Chan"의 방법은 slope(n) > slopethresh를 만족하는 지점을 찾을 수 없어 QRS 컴플렉스의 시작점을 찾아 낼 수 없었고 결국 특징추출에 실패하였다. 반면 본 발명은 100개의 데이터에 대해 모두 특징추출이 가능하였다. For 20 signals with right angle block among 100 data, the "So and Chan" method could not find the point satisfying slope (n)> slope thresh and could not find the starting point of QRS complex. Failed. On the other hand, the present invention was capable of feature extraction for all 100 data.

도 4는 MIT-DB 101번 데이터(정상파형)를 "So and Chan" 방법과 본 발명에서 제시한 방법을 이용하여 추출한 심전도 파형의 각 특징점(P, QRS, T의 시작점, 정점, 끝점)을 비교한 도이다.Figure 4 shows the characteristic points (starting point, peak, end point of the P, QRS, T) of the ECG waveform extracted using the MIT-DB 101 data (normal waveform) using the "So and Chan" method and the method proposed in the present invention. It is a figure compared.

"So and Chan" 의 방법에서 구해진 값은 세모로 표시하였고 본 발명에 의해 추출된 지점은 별표로 표시되었다. 두 가지 방법에서 추출된 점들에 따른 각 파들의 인터벌은 위쪽의 실선으로 표시하였고, 올바른 파의 인터벌은 아래쪽의 점선으로 표시하였다. 점선으로 표시된 인터벌은 전문가의 파형분석을 통한 기준 인터벌이다. 즉, 점선으로 나타낸 인터벌과 위치 및 크기가 일치되는 정도로 특징추출방법의 성능을 평가할 수 있다. The values obtained in the method of "So and Chan" are represented by triangles and the points extracted by the present invention are indicated by asterisks. The interval of each wave according to the extracted points in both methods is indicated by the solid line on the top, and the interval of the correct wave is indicated by the dotted line on the bottom. The interval indicated by the dotted line is the reference interval through expert waveform analysis. That is, the performance of the feature extraction method can be evaluated to the extent that the interval indicated by the dotted line and the position and size coincide.

마찬가지로 도 5는 MIT-DB 214번 데이터(좌각차단)를 "So and Chan"의 방법과 본 발명에서 제시한 방법을 이용하여 추출한 각 특징점과 각 파들의 인터벌, 표준이 되는 기준 인터벌을 표시하였다.Similarly, FIG. 5 shows each feature point extracted from MIT-DB data 214 (left block) using the method of “So and Chan” and the method proposed in the present invention, the interval of each wave, and the reference interval that is a standard.

도 6은 정상신호 및 질환을 갖고 있는 비정상 신호에 대하여 기준 인터벌을 바탕으로 두 가지 방법에서 추출한 특징값의 오차정보를 나타내며, 단위는 sec이다. FIG. 6 shows error information of feature values extracted by two methods based on a reference interval for a normal signal and an abnormal signal having a disease, and a unit is sec.

도 6의 표에 나타난 바와 같이 본 발명은 정상파형의 T-duration에서만 기존 방법 대비 0.03초 정도의 오차가 컸으며 나머지 특징들에 대해서는 모두 우수한 결과를 보였다. 특히 본 발명은 P-duration에 있어 기존의 방법 대비 매우 우수한 결과를 보였다. As shown in the table of FIG. 6, the present invention had a large error of about 0.03 seconds compared to the conventional method only in the T-duration of the normal waveform, and showed excellent results with respect to the remaining features. In particular, the present invention showed a very good result compared to the conventional method in the P-duration.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해 당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경하여 실시할 수 있다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be able to vary the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. Can be modified or changed.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 심전도 신호의 형태적 특징을 이용하여 P, QRS 및 T파 각각의 시작점, 끝점 및 정점을 찾아내고 이를 바탕으로 심박수, QRS인터벌, PR인터벌, QT인터벌 및 T파의 유형에 관한 특징들을 추출함으로써 수학적 공식을 유도한 종래의 방법에 비해 짧은 연산시간에 상대적으로 정확한 특징추출이 가능하며, 이에 따라 심전도 신호를 기반으로 하는 심장질환의 진단에 있어 진단율의 향상을 기대할 수 있게 된다.As described above, the present invention finds the starting point, the end point, and the vertex of P, QRS, and T waves by using the morphological features of the ECG signal, and based on this, heart rate, QRS interval, PR interval, QT interval, and T wave. By extracting the features of the type of, it is possible to extract the features more accurately in a shorter operation time than in the conventional method which derives the mathematical formula. Therefore, it is expected to improve the diagnosis rate in the diagnosis of heart disease based on ECG signals. It becomes possible.

또한, 본 발명은 유비쿼터스 환경에서의 모바일 헬스케어장비에 사용하여 의사에게 무선으로 심전도 데이터 전송을 통한 실시간 심장질환진단에 이용할 수 있을 것이며, 일반인도 모바일 헬스케어장비를 사용하여 질환징후를 조기 포착함으로써 조기에 질환치료할 수 있도록 하는 홈 헬스케어시스템에 적용가능할 것이며, IT와 BT가 결합된 인체장착형의 초소형 바이오 정보 단말 기술인 bio-PDA, lab-on-a-chip 휴대형 진단기 등 신개념의 정보기기 구현에 직접적으로 응용가능할 것이다.In addition, the present invention can be used for real-time cardiac disease diagnosis through the transmission of ECG data wirelessly to the doctor using the mobile healthcare equipment in the ubiquitous environment, by using the mobile healthcare equipment to capture the early symptoms of the disease It will be applicable to home healthcare systems that can treat diseases early, and to implement new concepts of information devices such as bio-PDA and lab-on-a-chip portable diagnostic devices, which are human-mounted micro bio information terminal technologies combined with IT and BT. Would be directly applicable.

Claims (6)

소정 시간을 주기로 최대값에 해당하는 값을 R파의 정점으로 추출하고, R파가 기저선과 만나는 두 점을 각각 QRS 컴플렉스의 시작점과 끝점으로 추출하며, 상기 QRS 컴플렉스의 시작점보다 시간적으로 선행한 QRS 콤플렉스의 시작점의 왼쪽에서 전압값이 가장 큰 점을 P파의 정점으로 추출하고, 상기 QRS 컴플렉스의 끝점을 기준으로 오른쪽에서의 최대값과 최소값 중 기저선과의 차이가 큰 값을 T파의 정점으로 추출하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 특징추출방법.Extracting the value corresponding to the maximum value at a predetermined time interval as the peak of the R wave, extracting two points where the R wave meets the baseline as the start point and the end point of the QRS complex, respectively, and temporally preceding the start point of the QRS complex. The point with the largest voltage value at the left side of the start point of the complex is extracted as the peak of P wave, and the difference between the baseline of the maximum value and the minimum value at the right side of the QRS complex is the highest point as the T wave peak. Characteristic extraction method of the ECG signal, characterized in that for extracting. 제 1 항에 있어서, 기저선을 기준으로 일정한 수의 문턱값을 적용하여 추출된 R파의 크기가 상기 문턱값을 넘지 못하면 R파로 인정하지 않는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 특징추출방법.The method of claim 1, wherein the R-wave extracted by applying a predetermined number of thresholds based on a baseline does not be recognized as an R-wave if the magnitude of the R-wave extracted does not exceed the threshold. 제 1 항에 있어서, 상기 P파의 정점을 기준으로 왼쪽과 오른쪽에서 기저선과 만나는 점에 해당하는 부분을 P파의 시작점과 끝점으로 추출하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 특징추출방법.The method of claim 1, wherein a portion corresponding to a point meeting the baseline at left and right sides of the P wave is extracted as a start point and an end point of the P wave. 제 1 항에 있어서, 상기 T파의 정점을 기준으로 왼쪽과 오른쪽에서 기저선과 만나는 점에 해당하는 부분을 T파의 시작점과 끝점으로 추출하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 특징추출방법.The method of claim 1, wherein a portion corresponding to a point meeting the baseline at left and right sides of the T wave is extracted as a start point and an end point of the T wave. 제 1 항에 있어서, 상기 R파의 정점을 기준으로 각각 왼쪽과 오른쪽에서 가장 전압 크기가 낮은 점을 Q파와 S파의 정점으로 추출하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 특징추출방법.The ECG signal extraction method of claim 1, wherein the points having the lowest voltage on the left and right sides of the R wave are respectively extracted as the peaks of the Q wave and the S wave. 제 5 항에 있어서, 상기 Q파의 정점을 기준으로 왼쪽에서 처음으로 기저선과 만나는 점을 Q파의 시작점으로 추출하고, 상기 S파의 정점을 기준으로 오른쪽에서 첫 번째로 기저선과 만나는 점을 S파의 끝점으로 추출하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 특징추출방법.The method according to claim 5, wherein the point where the baseline meets the baseline for the first time from the left side based on the vertex of the Q wave is extracted as the starting point of the Q wave, and the point where the baseline meets the baseline for the first time from the right side based on the vertex of the S wave. Characteristic extraction method of the ECG signal, characterized in that the extraction to the end of the wave.
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