KR20060119472A - 심전도 신호의 기저선 변동을 제거하는 방법 - Google Patents

Abstract

신체의 일측 표면에 미세한 전기를 통하여 검출된 심전도 신호에서 발생되는 기저선의 변동값을 산출하여 심전도 신호에서 불필요한 노이즈에 해당하는 기저선의 변동성분을 정확하게 제거할 수 있도록 하는 심전도 신호의 기저선 변동을 제거하는 방법이 개시되어 있다. 하나의 심전도(ECG) 주기 안에서 한점과 K만큼 떨어진 점간의 차이의 절대값을 구하는 단계; 차이 절대값들의 히스토그램을 구하는 단계; 최대 히스토그램 값으로 부터 기준점을 선택하는 단계; 선택된 기준점들을 보간법으로 연결하여 기저선 변동값을 구하는 단계; 기저선 변동선을 위로 임계치만큼 올려 R 피크점을 찾고 R 피크점 전후의 기준점들을 제거하는 단계; 그리고 남은 기준점들을 보간법으로 연결하여 기저선 변동값을 다시 구하고 원 신호에서 제거하는 단계로 이루어지는 심전도 신호의 기저선 변동을 제거하는 방법을 제공한다.

심전도 신호파형, 기준점, 기저선 변동선

Description

심전도 신호의 기저선 변동을 제거하는 방법{METHOD FOR REMOVING BASELINE WANDER OF ELECTROCARDIOGRAM SIGNAL}

도 1은 일반적인 기저선 변동이 있는 심전도 신호를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 심전도 신호의 기저선 변동 부분중에서 임의의 두 점사이(K)의 심전도 신호값 차이의 절대값을 구하는 일 예를 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2의 두 점사이(K)의 절대값을 히스토그램으로 나타내면서 동시에 최대값을 나타낸 도면이다.

도 4a는 본 발명에 따른 심전도 신호파형의 경사도가 완만한 경우에 검출된 기준점을 통해 기저선 변동을 나타낸 도면이다.

도 4b는 도 4a의 분포도의 일 예를 히스토그램으로 나타낸 도면이다.

도 5a는 본 발명에 따른 심전도 신호파형의 경사도가 급한 경우에 검출된 기준점을 통해 기저선 변동을 나타낸 도면이다.

도 5b는 도 5a의 분포도의 일 예를 히스토그램으로 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 기저선 변동이 제거된 예를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 R 피크점 주변의 기준점을 제거하는 것을 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 R 피크점 전후로 범위를 설정하여 범위안에 들어가는 기준점을 제거하는 것을 나타낸 도면이다

도 9는 본 발명에 따른 심전도 신호에 포함된 기전선 변동을 제거하는 방법을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 기저선변동선이 제거된 심전도 신호파형 110 : 심전도 신호파형

120 : 기준점 130 : 기전선 변동선

본 발명은 심전도 신호의 기저선 변동(Baseline wander)을 제거하기 위한 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신체의 일측 표면에 미세한 전기를 통하여 검출된 심전도 신호에서 발생되는 기저선의 변동값을 산출하여 심전도 신호에서 불필요한 노이즈에 해당하는 기저선의 변동성분을 정확하게 제거할 수 있도록 하는 심전도 신호의 기저선 변동을 제거하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 심전도 신호는 일정한 주기로 디지탈 변환되어 디지탈 처리장치에 입력되고 적절한 디지탈 처리를 거쳐 보정된 후, 기록장치에 기록되거나 진단프로그램에 의해 심장의 상태를 진단하기 위해 사용되는 신호이다.

이러한 디지탈 신호로 변환된 심전도 신호는 여러 가지 성분으로 구성되는데, 그 주된 신호는 기저선 변동잡음과 전원잡음 및 고주파근잡음 등의 잡음성분과 심장의 특성을 나타내는 심전도 신호로 이루어진다.

도 1은 일반적인 기저선 변동이 있는 심전도 신호를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 1에 나타낸 바와같이 기저선 변동 잡음은 환자의 호흡 등에 의해 발생하는 극히 저주파의 신호로서 0~수십 헤르츠의 성분으로 나타난다. 이러한 기저선 변동 잡음에 의해 심전도 신호의 크기는 상하로 변동을 일으키는 저주파 성분과 함께 나타나게 되어 자동 진단이나 기록, 또는 의사가 진단을 판독할 때 불편함을 준다. 따라서, 상기 심전도 신호의 왜곡을 최소화하면서 심전도 신호로부터 기저선 변동을 제거하는 것이 중요하다.

종래에 기저선 변동 신호를 제거하기 위해 저주파 제거필터를 사용되고 있다. 상기 저주파제거필터를 사용하여 기저선 변동을 제거하는 방법은 기저선 변동은 저주파로 구성되어 있다는 가정하에 기저선을 제거하게 되며, 저주파를 제거하면 기존 심전도 신호 자체의 저주파 성분에 왜곡이 나타날 수 있다. 또한, 기저선 변동 신호를 제거하기 위한 다른 방법으로 모폴로지(morphology, 형태)를 이용하는 것으로, 반복적 확장 및 축소에 의해 심전도의 QRS 를 검출하고, 원신호에서 QRS 를 제거하여 기저선 변동을 찾는 방법이다. 상기 모폴로지를 이용하는 방법은 기저선이 급격하게 변하는 경우 신호왜곡이 발생하는 단점이 있으며, 이러한 방법을 사용할 경우, QRS 온-셋점을 검출하는 계산과정이 복잡하고 계산량이 많아지기 때문에 실시간 처리가 어렵고, 정확한 QRS 온-셋 점을 검출하기가 어려운 문제가 있다.

또한, 계산과정이 비교적 간단하면서도 정확한 주파수 특성을 정의할 수 있는 방법이 저역통과 디지탈 필터를 사용하는 것인데, 이는 무한 임펄스 응답필터 (IIR 필터)를 사용할 경우 선형 위상이 보장되지 않아 신호의 위상차이를 가져오기 때문에 심전도 신호를 처리하기에는 문제가 있다.

따라서, 선형 위상특성을 갖는 유한 임펄스 응답필터(FIR필터)를 사용하는 것이 타당한데, 이 유한 임펄스 응답필터를 사용할 경우에는 필터의 응답 길이가 늘어나게 되고, 특히 기저선 동요신호는 2헤르츠 이내의 극저주파 신호가 대부분인데 이러한 신호를 검출하기 위한 유한 임펄스 응답 필터의 임펄스 응답길이는 거의 실시간 처리가 불가능할 정도로 길어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기에서와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 한 주기 심전도 신호중 변화정도가 균일한 부분을 통계적으로 찾아내고 이 부분을 보간법으로 연결하여 기저선변동을 찾아 제거하여 기저선 변동이 천천히 변하는 경우나 급격하게 변하는 경우에 상관없이 기저선 변동을 제거할 수 있는 심전도 신호의 기저선 변동을 제거하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하나의 심전도(ECG) 주기 안에서 한점과 K만큼 떨어진 점간의 심전도 신호값 차이의 절대값을 구하는 단계; 차이 절대값들의 히스토그램을 구하는 단계; 최대 히스토그램 값으로 부터 기준점을 선택하는 단계; 선택된 기준점들을 보간법으로 연결하여 기저선 변동값을 구하는 단계; 기저선 변동선을 위로 임계치만큼 올려 R 피크점을 찾고 R 피크점 전후의 기준점들을 제거하는 단계; 그리고 남은 기준점들을 보간법으로 연결하여 기저선 변동값을 다시 구하고 원 신호에서 제거하는 단계로 이루어지는 심전도 신호의 기저선 변동 을 제거하는 방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 특징적인 구성과 작용효과를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 심전도 신호의 기저선 변동 부분중에서 임의의 두 점사이(K)의 절대값을 구하는 일 예를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 두 점사이(K)의 절대값을 히스토그램으로 나타면서 최대값을 나타낸 도면이고, 도 4a는 본 발명에 따른 심전도 신호파형의 경사도가 완만한 경우에 검출된 기준점을 통해 기저선 변동을 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 4a의 분포도의 일 예를 히스토그램으로 나타낸 도면, 도 5a는 본 발명에 따른 심전도 신호파형의 경사도가 급한 경우에 검출된 기준점을 통해 기저선 변동을 나타낸 도면이고, 도 5b는 도 5a의 분포도의 일 예를 히스토그램으로 나타낸 도면, 도 6은 본 발명에 따른 기저선 변동이 제거된 예를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 R 피크점 주변의 기준점을 제거하는 것을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 R 피크점 전후로 범위를 설정하여 범위안에 들어가는 기준점을 제거하는 것을 나타낸 도면이고, 그리고 도 9는 본 발명에 따른 심전도 신호에 포함된 기전선 변동을 제거하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 2내지 도 9를 참조하여 본 발명을 설명하면, 도 2에 도시된 심전도 신호파형(110)을 이루는 제1피크점(P1)과 제2피크점(P2)의 사이에서 상호 K의 거리만큼 떨어져 있는 임의의 두 지점을 선택한 후 두 지점이 각각 갖는 값의 절대값(An)을 구한다. 상기 절대값(An)은 임의의 두 지점이 각각 갖는 크기값의 절대값으로서 제 1피크점(P1)과 제2피크점(P2) 사이에서 다수개를 구할 수 있다. 도 3에 도시된 바와같이, 상기 제1피크점(P1)과 제2피크점(P2) 사이의 절대값들(A1~An)을 모두 구해서 절대값들의 분포도를 히스토그램으로 구하고, 상기 분포도에 나타난 값들중에서 최대값(최대빈도)(S)을 구한다.

상기 최대값(S)이 분포도에 주어진 임계치보다 큰가를 비교하고, 상기 최대값(S)이 임계치보다 크면 이 최대값(S)을 가지는 절대값(MD)을 찾아내어 이 절대값(MD)을 가지는 기준점(F)을 검출해낸다. 이때 상기 최대값(S)이 임계치보다 작으면 해당 신호는 불안정한 신호로 판단하여 기준점을 검출하지 않는다.

상기와 같은 과정을 통해 심전도 신호파형에 다수의 기준점들을 검출할 수 있으며, 상기 심전도 신호파형의 경사가 완만한 경우와 경사가 급한 경우에 심전도 신호파형에 검출되는 기준점들을 도 4a 및 도 5a 를 통해 확인할 수 있다. 즉, 도 4a 및 도 5a는 본 발명에 따른 심전도 신호파형의 경사도가 완만한 경우 및 경사도가 급한 경우에 검출된 기준점을 통해 기저선 변동을 나타낸 도면이고, 도 4b 및 도 5b는 각 분포도의 일 예를 히스토그램으로 나타낸 도면으로서 경사가 급한 경우에는 최대값이 오른쪽에 위치함을 알 수 있다.

도 6에 나타낸 바와같이, 상기 심전도 신호파형에서 기준점을 검출하여 기저선변동을 나타내는 기저선 변동선(130)을 얻게 되고, 도 7에 나타낸 바와같이, 상기 기저선 변동선(130)을 임계치 만큼 상향으로 이동시키게 된다. 상기 심전도 신호파형(110)과 기저선 변동선(130)이 겹치도록 나타난 상황에서 상기 기저선 변동선(130)은 임계치만큼 상향으로 이동시키게 되고, 상기 기저선 변동선(130)이 심전 도 신호파형(110)과 겹치는 교차점을 구하게 된다. 상기 기저선 변동선(130)이 심전도 신호파형(110)과 겹쳐지는 시작교차점과 종료교차점의 사이에서 최대값을 구하게 되고, 상기 최대값의 최대점을 가지는 점이 R 피크점이 된다.

상기 R 피크점을 중심으로 일정한 기준점제거범위(T)를 설정하고, 상기 기준점제거범위(T)안에 들어가는 기준점들은 제거하게 된다. 상기 기준점제거범위(T)에 속하는 기준점들을 제거한 후 다시 보간법(interpolation)으로 기저선 변동을 찾아내고, 상기 R 피크점 주변의 기준점들은 변동이 심해서 기저선 변동을 잘 나타내지 못하기 때문에 원 신호인 심전도 신호파형에서 기저선 변동을 제거한다.

도 8에서 나타낸 바와같이 상기 R 피크점을 기준으로 전후의 기준점제거범위(T)를 설정하여 기준점제거범위(T)안에 존재하는 기준점들을 제거한 후 다시 보간법으로 기저선 변동을 찾아 제거함으로써 기저선 변동이 제거된 심전도파형(100)을 얻을 수 있다.

도 9를 참조하여 심전도 신호의 기저선 변동을 제거하는 방법의 일 실시예를 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같은 심전도 신호파형(110)의 두 피크점(P1,P2) 사이에서 K의 거리를 갖는 두 점이 각각 갖는 값의 절대값을 구한다(S100). 상기 제1단계(S100)에서 구하는 절대값을 두 피크점(P1,P2) 사이에서 다수개를 구한 후 각 절대값으로 도 3에 도시된 바와같은 히스토그램을 구한다(S200). 상기 제2단계(S200) 다음에 도 4a 및 도 5a 에 도시된 바와 같이 히스토그램중의 최대값으로부터 다수개의 기준점들(120)을 검출한다(S300). 상기 제3단계(S300)에서 검출된 기준점들을 보간법으로 상호 연결하여 기저선 변동값을 구하여 도 6에 도시된 바와 같은 기저선 변동선(130)을 구한다(S400). 상기 제4단계(S400) 다음에 기저선 변동선(130)을 상향으로 임계치만큼 이동시켜 R 피크점을 찾고, 상기 R 피크점을 전후로 하는 기준점제거범위(T)를 설정하여 기준점제거범위(T)에 속하는 기준점들을 제거한다(S500). 상기 제5단계(S500) 다음에 남은 기준점들을 보간법으로 연결하여 기저선 변동값을 다시 구한 후 원신호인 심전도 신호파형으로부터 기저선 변동선을 제거하여 도 8에 도시된 바와같은 기저선변동이 제거된 심전도파형(100)을 얻게 된다(S600).

이상 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 심전도 신호의 일반적 기저선 변동 및 급격한 변동을 효과적으로 제거하기 위해 한 주기 심전도 신호안에서 통계적 방법으로 기저선 변동에 해당되는 검출점을 찾고, R 피크점 주변의 검출점들은 제거함으로써 보다 강건한 기저선 변동을 찾는 것이 가능하며, 기저선 변동이 천천히 변하는 경우나 급격하게 변하는 경우에 상관없이 처리된다.

Claims (2)

1. 심전도 신호파형의 두 피크점(P1,P2) 사이에서 K의 거리를 갖는 두 점의 심전도 신호값의 절대값을 구하는 제1단계; 상기 제1단계에서 구하는 절대값을 두 피크점(P1,P2) 사이에서 다수개를 구한 후 각 절대값으로 분포도인 히스토그램을 구하는 제2단계; 상기 제2단계 다음에 히스토그램중의 최대값으로부터 다수개의 기준점들을 검출하는 제3단계; 상기 제3단계에서 검출된 기준점들을 보간법으로 상호 연결하여 기저선 변동값을 구하여 기저선 변동선을 구하는 제4단계; 상기 제4단계 다음에 기저선 변동선을 상향으로 임계치만큼 이동시켜 R 피크점을 찾고, 상기 R 피크점을 전후로 하는 기준점제거범위를 설정하여 기준점제거범위에 속하는 기준점들을 제거하는 제5단계; 그리고 상기 제5단계 다음에 남은 기준점들을 보간법으로 연결하여 기저선 변동값을 다시 구한 후 원신호인 심전도 신호파형으로부터 기저선 변동선을 제거하여 기저선변동이 제거된 심전도파형을 얻는 제6단계로 이루어지는 심전도 신호의 기저선 변동을 제거하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기저선 변동선은 이미 구한 기저선 변동값으로부터 위로 주어진 임계치만큼 이동시키고, 이동시킨 기저선 변동값과 원 심전도 신호와의 교차점을 구하고, 시작 교차점과 종료 교차점사이에서 최대값을 구하면 이 최대값을 가지는 점 R 피크점을 찾고 이 R 피크점으로부터 이전, 이후 주어진 범위를 설정하여 이 범위안에 들어가는 기준점들은 제거한 후 다시 보간법으로 기저선 변 동을 찾아낸 후 원 신호인 심전도 신호파형에서 제거하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 기저선 변동을 제거하는 방법.

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