KR20120094811A - A shockable signal detection method of automated external defibrillator using neural network with weighted fuzzy membership function - Google Patents

A shockable signal detection method of automated external defibrillator using neural network with weighted fuzzy membership function Download PDF

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KR20120094811A
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Abstract

PURPOSE: A shockable signal detection method of an automated external defibrillator using a neural network with a weight fuzzy membership function is provided to increase revive rate of heart-stop patients by accurately and quickly detecting shockable heart signals through neural network with a weighted fuzzy membership function. CONSTITUTION: A shockable signal detection of an automated external defibrillator using a neural network with a weight fuzzy membership function comprises: a step(S100) of collecting electrocardiograph signal; a step(S200) of detecting beats from collected electrocardiograph signal; a step(S300) of detecting shockable signals by quickly judging ventricular tachycardia, if pulse from the beats is over predetermined value; a step(S400) of pre-processing beat signals through signal filtering; a step(S600) of extracting characteristics from the pre-processed signals; and a step(S700) of detecting a shockable signal and non-shockable signal by using the characteristics as input characteristics of a neural network with a weighted fuzzy membership function.

Description

가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법{A SHOCKABLE SIGNAL DETECTION METHOD OF AUTOMATED EXTERNAL DEFIBRILLATOR USING NEURAL NETWORK WITH WEIGHTED FUZZY MEMBERSHIP FUNCTION}A SHOCKABLE SIGNAL DETECTION METHOD OF AUTOMATED EXTERNAL DEFIBRILLATOR USING NEURAL NETWORK WITH WEIGHTED FUZZY MEMBERSHIP FUNCTION}

본 발명은 급심 정지 소생을 위한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a shock signal detection method of a defibrillator for sudden stop resuscitation, and more particularly to a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network.

최근 국내에서는 매년 3만 명 정도가 급심 정지(Sudden Cardiac Arrest; SCA)로 사망하고 있으며, 이의 대부분은 생명을 위협하는 부정맥(life-threatening cardiac arrhythmias)에 기인하고 있다. 생명을 위협하는 부정맥이 나타난 환자의 생존확률은 자동제세동기(Automated External Defibrillator; AED)에 의한 신속한 응급조치와 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 자동 제세동기는 병원 이외의 장소에서 전문 의료인의 심전도(ECG) 진단 없이도 전기충격을 가할 수 있는 쇼크(shockable) 신호인지를 감지하고 제세동을 주는 장치로서, 심정지 환자의 생존율을 높이게 된다.
In Korea, about 30,000 people die each year from Sudden Cardiac Arrest (SCA). Most of them are caused by life-threatening cardiac arrhythmias. Survival probability of patients with life-threatening arrhythmias is known to be closely related to rapid first aid by Automated External Defibrillator (AED). An automatic defibrillator is a device that senses and delivers a shockable signal capable of applying an electric shock in a non-hospital place without an ECG diagnosis by a medical professional and increases the survival rate of cardiac arrest patients.

국내 급심 정지 환자의 생존율은 4.6%로서 다른 나라의 15?40%에 비해 훨씬 낮으며, 특히 미국 심장마비 환자의 생존 퇴원율 40%에 비하면 매우 낮은 형편이다. 이를 해결하기 위해서 응급 구조사 등에 의해 자동 제세동기를 사용한 조기 제세동을 신속히 실시하고 병원으로 이동시키는 방안이 요구되고 있다. 급심 정지 환자에게 나타나는 부정맥은 거친 심실 세동(coarse ventricular fibrillation, coarse VF) 또는 빠른 심실빈맥(rapid ventricular tachycardia, rapid VT)이 가장 많이 관찰되며, coarse VF나 rapid VT가 있는 급심 정지 환자의 유일한 치료는 신속한 제세동이다. coarse VF이나 rapid VT가 나타난 급심 정지 환자를 10분 이내에 제세동하지 않으면 생존 가능성이 거의 없으며, 시간이 경과할수록 분당 7~10%씩 생존율은 급격히 감소한다. 따라서 이러한 환자를 AED를 이용하여 제세동을 조기에 시행할수록 생존의 가능성은 커진다. 이러한 AED를 사용하여 급심 정지 환자의 쇼크 신호를 최단시간에 정확히 검출할 수 있는 알고리즘의 개발이 필요한 실정이다.
The survival rate of sudden sudden stop patients in Korea is 4.6%, which is much lower than that of other countries in 15-40%. In order to solve this problem, there is a need for a method of rapidly performing early defibrillation using an automatic defibrillator and moving it to a hospital by an emergency rescuer. Arrhythmia in patients with sudden cardiac arrest is most commonly observed in coarse ventricular fibrillation (coarse VF) or rapid ventricular tachycardia (rapid VT), and the only treatment in sudden stop patients with coarse VF or rapid VT Rapid defibrillation. Survival without coarse VF or rapid VT without defibrillation within 10 minutes has little chance of survival, and the survival rate decreases by 7-10% per minute over time. Therefore, the earlier the defibrillation of these patients using AED, the greater the chance of survival. It is necessary to develop an algorithm that can accurately detect the shock signal of a sudden stop patient using such an AED.

이와 같은 AED를 위한 쇼크 신호(coarse VF, rapid VT) 검출 알고리즘은 현재까지 지속적으로 발표되고 있으며, 인식률의 증가와 검출 시간의 단축, 소형기기를 위한 로직의 단순화를 지향하고 있다. 2007년에 발표된 Time-Delay 알고리즘은 8초 ECG신호를 통하여 VF를 검출하였으나 CPU 부하와 다소 낮은 검출률, 8초의 신호를 사용하는 문제점을 가지고 있다. 또한 Parameter Set 알고리즘은 10초 ECG 신호를 통하여 Coarse VF/rapid VT, NSR과 N(기타 부정맥)을 검출하였으나 10초의 신호를 사용하는 문제점을 가지고 있다. 2008년에 발표된 RBF 검출 알고리즘은 VF/VT와 NSR/N을 검출하여 좋은 결과를 보였으나 실험용 ECG 신호를 미리 선택하여 일반성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 불필요한 제세동을 줄이고 동시에 쇼크 신호가 생기면 정확히 검출하여 제세동을 시키며, 빠른 시간 안에 검출할 수 있는 알고리즘의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.Such a shock signal (coarse VF, rapid VT) detection algorithm for AED has been published continuously, and aims to increase recognition rate, shorten detection time, and simplify logic for small devices. The Time-Delay algorithm, released in 2007, detects VF through an 8-second ECG signal, but has a problem of using a CPU load, a slightly lower detection rate, and an 8-second signal. In addition, the Parameter Set algorithm detects Coarse VF / rapid VT, NSR and N (other arrhythmia) through a 10 second ECG signal, but has a problem of using a 10 second signal. The RBF detection algorithm, released in 2008, showed good results by detecting VF / VT and NSR / N. However, the RBF detection algorithm lacks generality by preselecting an experimental ECG signal. Therefore, there is a continuous demand for the development of an algorithm that reduces unnecessary defibrillation, detects defibrillation precisely when a shock signal is generated, and detects it in a short time.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 사용하여 심질환 환자의 생존율을 높일 수 있는 쇼크(shockable) 심장 신호를 짧은 시간 내에 정확하게 검출하여 급심 정지 환자의 소생률을 높이는데 기여할 수 있는, 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention has been proposed to solve the above problems of the conventionally proposed methods, using a weighted fuzzy membership function-based neural network to accurately detect shockable cardiac signals that can increase the survival rate of patients with heart disease in a short time. It is an object of the present invention to provide a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy belonging function based neural network, which can contribute to increasing the survival rate of acute stop patients.

또한, 본 발명은, 소형의 모바일 기기에 이식될 수 있는 최소의 퍼지 규칙을 제공함으로써, 향후 휴대폰이나 PDA 등을 연계한 실시간 모니터링을 통해서 더욱 신속한 급심 정지 환자의 응급조치를 가능하게 하고, 유비쿼터스 환경의 헬스케어 시스템에서 요구되는 휴대 가능한 제세동기와의 융합을 통해 심질환 환자의 건강 상태를 원격으로 관리할 수 있도록 하는, 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention, by providing a minimum fuzzy rule that can be implanted in a small mobile device, enabling the emergency treatment of a sudden sudden stop patients through real-time monitoring in conjunction with a mobile phone or PDA in the future, the ubiquitous environment Another object of the present invention is to provide a method for detecting shock signals of a defibrillator using a weighted fuzzy belonging function based neural network, which enables the remote management of the health status of a patient with heart disease through the convergence with a portable defibrillator required in a healthcare system. It is done.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법은,Shock signal detection method of the defibrillator using a weighted fuzzy belonging function based neural network according to a feature of the present invention for achieving the above object,

(1) 심전계 신호를 수집하는 단계;(1) collecting an electrocardiograph signal;

(2) 상기 단계 (1)에서 수집한 심전계 신호로부터 비트를 검출하는 단계;(2) detecting bits from the electrocardiograph signal collected in step (1);

(3) 상기 비트로부터 맥박수가 소정의 값 이상이면 빠른 심실 빈맥으로 판단하여 쇼크 신호를 검출하는 단계;(3) detecting a shock signal by judging as a fast ventricular tachycardia if the pulse rate is greater than a predetermined value from the bit;

(4) 신호 필터링을 통해 상기 비트 신호를 전처리하는 단계;(4) preprocessing the bit signal through signal filtering;

(5) 상기 단계 (4)에서 전처리된 신호로부터 특징을 추출하는 단계; 및(5) extracting features from the preprocessed signal in step (4); And

(6) 상기 추출된 특징을 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망의 입력 특징으로 하여 쇼크 신호와 비-쇼크 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
(6) detecting the shock signal and the non-shock signal by using the extracted feature as an input feature of the weighted fuzzy membership function based neural network;

바람직하게는, 상기 단계 (4)에서,Preferably, in step (4),

상기 신호 필터링은 웨이블릿 변환에 의할 수 있다.
The signal filtering may be performed by wavelet transform.

바람직하게는, 상기 단계 (5)는,Preferably, the step (5) is,

상기 단계 (4)에서 전처리된 신호로부터 최대 피크 평균값을 통해 심장 무수축 신호를 검출하는 단계를 더 포함하며,Detecting a cardiac contraction signal through a maximum peak mean value from the signal preprocessed in step (4),

심장 무수축 신호가 아닌 경우에 상기 특징을 추출할 수 있다.
The feature can be extracted if it is not a cardiac contraction signal.

바람직하게는, 상기 단계 (5)에서는,Preferably, in step (5),

시간 지연 방법, 첨단개수 추출 방법, 첨단 앞뒤의 특정 계수 추출 방법, 및 특정구역의 계수들의 표준편차 특징 추출 방법 중 적어도 어느 하나를 이용하여 특징을 추출할 수 있다.
The feature may be extracted using at least one of a time delay method, a peak number extraction method, a specific coefficient extraction method before and after the tip, and a standard deviation feature extraction method of coefficients of a specific region.

바람직하게는, 상기 단계 (6)에서는,Preferably, in step (6),

비 중복 면적 측정법을 이용하여 상기 추출된 특징 중 소정 개수의 특징을 선택하여 상기 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망의 입력 특징으로 할 수 있다.
By using a non-overlapping area measurement method, a predetermined number of features may be selected as the input feature of the weighted fuzzy membership function based neural network.

더욱 바람직하게는,More preferably,

상기 소정 개수의 특징은 6개일 수 있다.The predetermined number of features may be six.

본 발명에서 제안하고 있는 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에 따르면, 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 사용하여 심질환 환자의 생존율을 높일 수 있는 쇼크(shockable) 심장 신호를 짧은 시간 내에 정확하게 검출하여 급심 정지 환자의 소생률을 높이는데 기여할 수 있다.
According to the present invention, a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy belonging function based neural network, using a weighted fuzzy belonging function based neural network, a shockable heart signal that can increase the survival rate of patients with heart disease for a short time Accurate detection within can contribute to increasing the survival rate of acute stop patients.

또한, 본 발명에 따르면, 소형의 모바일 기기에 이식될 수 있는 최소의 퍼지 규칙을 제공함으로써, 향후 휴대폰이나 PDA 등을 연계한 실시간 모니터링을 통해서 더욱 신속한 급심 정지 환자의 응급조치를 가능하게 하고, 유비쿼터스 환경의 헬스케어 시스템에서 요구되는 휴대 가능한 제세동기와의 융합을 통해 심질환 환자의 건강 상태를 원격으로 관리할 수 있도록 한다.In addition, according to the present invention, by providing a minimum fuzzy rule that can be implanted in a small mobile device, in the future through the real-time monitoring in conjunction with a mobile phone or PDA, it is possible to more quickly emergency response of emergency stop patients, ubiquitous environment The fusion of portable defibrillators required by the healthcare system enables the remote management of the health of patients with heart disease.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 흐름을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에서 단계 S200이 수행된 결과를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에서 단계 S300에 의해 검출된 rapid VT 신호를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 단계 S400에서 사용될 수 있는 이분 비연속 웨이블릿 분리 구현을 위한 필터 뱅크를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 단계 S600에서 특징 추출을 위한 시간 지연 방법의 적용을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 단계 S600에서 특징 추출을 위한 첨단들의 개수 추출을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 단계 S600에서 특징 추출을 위한 첨단 앞뒤의 특정 계수 추출을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 단계 S600에서 특징 추출을 위한 특정구역의 계수의 분포를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에서 사용되는 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망의 구조를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에서 사용되는 비 중복 면적 분산 측정법을 예를 들어 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에서 특징 입력의 개수에 따른 검출 성능의 평균값의 변화를 도시한 도면.
1 is a flow diagram illustrating a shock signal detection method of a defibrillator using a neural network based on a weighted fuzzy membership function according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a result of performing step S200 in a method for detecting a shock signal of a defibrillator using a neural network based on a weighted fuzzy membership function according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a rapid VT signal detected by step S300 in a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a filter bank for implementing dichotomous discontinuous wavelet separation that may be used in step S400 of a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an application of a time delay method for feature extraction at step S600 of a method for detecting a shock signal of a defibrillator using a neural network based on a weighted fuzzy membership function according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the number extraction of the tips for feature extraction in step S600 of the shock signal detection method of the defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a specific coefficient extraction before and after a tip for feature extraction in step S600 of a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing the distribution of coefficients of a specific region for feature extraction in step S600 of the method for detecting a shock signal of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a structure of a weighted fuzzy membership function based neural network used in a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a non-overlapping area variance measuring method used in a shock signal detection method of a defibrillator using a neural network based on a weighted fuzzy membership function according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a change in an average value of detection performance according to the number of feature inputs in a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . In addition, the term 'comprising' of an element means that the element may further include other elements, not to exclude other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 흐름을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법은, 심전계 신호를 수집하는 단계(S100), 심전계 신호로부터 비트를 검출하는 단계(S200), 맥박수가 소정의 값 이상이면 쇼크 신호를 검출하는 단계(S300), 웨이블릿 변환을 통해 비트 신호를 전처리하는 단계(S400), 비중복 면적 측정법을 이용하여 전처리 된 비트 신호로부터 특징을 추출하는 단계(S600), 및 추출된 특징을 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망의 입력 특징으로 하여 쇼크 신호와 비-쇼크 신호를 검출하는 단계(S700)를 포함하여 구현될 수 있으며, 최대 피크 평균값을 통해 심장 무수축 신호를 검출하는 단계(S500)를 더 포함하여 구현될 수 있다.
1 is a diagram illustrating a method of detecting a shock signal of a defibrillator using a neural network based on a weighted fuzzy membership function according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a method of detecting a shock signal of a defibrillator using a neural network based on a weighted fuzzy membership function according to an embodiment of the present invention includes: collecting an electrocardiograph signal (S100) and detecting a bit from an electrocardiograph signal Step S200, detecting the shock signal when the pulse rate is more than a predetermined value (S300), preprocessing the bit signal through wavelet transform (S400), and characterizing the preprocessed bit signal using a non-overlapping area measurement method. Extracting (S600), and detecting the shock signal and the non-shock signal (S700) by using the extracted feature as an input feature of the weighted fuzzy membership function-based neural network, and using the maximum peak average value. The method may further include detecting a heart contraction signal (S500).

단계 S100에서는, 심전계 신호를 수집할 수 있다. 쇼크 신호 검출을 위한 심전계(Electro cardiograph, ECG) 신호는 8초 동안 수집할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에 따르면, 빠른 시간 내에 쇼크 신호 검출이 가능하기 때문에, 종래 10초 정도의 ECG 신호의 수집이 필요했던 것과는 달리 8초 정도의 ECG 신호만으로도 쇼크 신호의 검출을 할 수 있다.
In step S100, the ECG signal may be collected. Electrocardiograph (ECG) signals for shock signal detection can be collected for 8 seconds. According to a method of detecting a shock signal of a defibrillator using a neural network based on a weighted fuzzy membership function according to an embodiment of the present invention, since a shock signal can be detected within a short time, it is necessary to collect an ECG signal of about 10 seconds. Alternatively, the shock signal can be detected using only an ECG signal of about 8 seconds.

단계 S200에서는, 단계 S100에서 수집한 심전계 신호로부터 비트를 검출할 수 있다. 단계 S200에서는, 단계 S100에서 수집한 ECG 신호로부터 비트 검출 과정을 거쳐 비트를 검출할 수 있는데, 실시간 맥박과 QRS가 비트 검출 알고리즘에 의해 검출될 수 있다. 단계 S200에서 사용되는 비트 검출 알고리즘은 부정맥 검출, ECG 진단, Holter 그리고 heart rate variabillity(HRV, 심장변이도) 등의 연구에도 사용된다. 본 발명의 단계 S200에서 사용하는 비트 검출 알고리즘에는 가장 유명한 Hamilton 알고리즘이 사용될 수 있다.
In step S200, a bit may be detected from the ECG signal collected in step S100. In step S200, a bit may be detected from the ECG signal collected in step S100 through a bit detection process, and a real time pulse and a QRS may be detected by a bit detection algorithm. The bit detection algorithm used in step S200 is also used for studies of arrhythmia detection, ECG diagnosis, Holter and heart rate variabillity (HRV). The most famous Hamilton algorithm may be used for the bit detection algorithm used in step S200 of the present invention.

비트 검출 알고리즘은 총 일곱 개의 단계로 나눌 수 있다. 즉, Low pass filtering(저주파 통과 필터), High pass filtering(고주파 통과 필터), Taking the derivative(유도), Taking the absolute value of the signal(신호의 절댓값 구함), Averaging the absolute value over an 80㎳ window(80㎳ window 이상 값의 절댓값 평균), Peak Detection(첨단 검출), 및 Rule Detection(규칙 검출) 단계에 의해 비트를 검출할 수 있다. 이와 같은 비트 검출 알고리즘 통하여 ECG신호의 R-R 간격과 실시간 심박 수를 계산할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에서 단계 S200이 수행된 결과를 도시한 도면이다. 도 2의 (a)는 단계 S100에서 수집된 ECG 신호를 나타낸 도면이고, (b)는 (a)의 신호를 비트 검출 알고리즘에 적용한 신호를 나타낸 것이다.
The bit detection algorithm can be divided into seven stages. Low pass filtering, High pass filtering, Taking the derivative, Taking the absolute value of the signal, Averaging the absolute value over an 80㎳ window (Absolute value average of 80 ms window abnormal value), Peak Detection, and Rule Detection can detect the bit. Through this bit detection algorithm, the RR interval and the real-time heart rate of the ECG signal can be calculated. FIG. 2 is a diagram illustrating a result of performing step S200 in a shock signal detection method of a defibrillator using a neural network based on a weighted fuzzy membership function according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A illustrates the ECG signal collected in step S100, and FIG. 2B illustrates a signal obtained by applying the signal of (a) to a bit detection algorithm.

단계 S300에서는, 상기 비트로부터 맥박수가 소정의 값 이상이면 빠른 심실 빈맥으로 판단하여 쇼크 신호를 검출할 수 있다. 수집된 8초 정도의 비트 신호를 이용하여 쇼크 신호 범위 내에 있는 rapid VT(빠른 심실 빈맥) 신호를 검출한다. AAMI 표준에 따라 맥박수가 180회/분이면 rapid VT가 되며 동시에 shockable 신호가 된다.
In step S300, if the pulse rate is greater than or equal to a predetermined value from the bit, it may be determined as a fast ventricular tachycardia and the shock signal may be detected. The collected 8-bit bit signal is used to detect a rapid VT (fast ventricular tachycardia) signal within the shock signal range. According to the AAMI standard, a pulse rate of 180 beats / min results in a rapid VT and a shockable signal.

가능한 빠른 시간 내에 rapid VT신호를 검출하기 위하여 맥박수 조건 판단 방법에 의해 쇼크 신호를 검출할 수 있다. 맥박수 조건 판단 방법에서 실시간 맥박 개수는 단계 200에서 검출된 8초 ECG 비트 신호를 가지고 계산한다. 만약 실시간 맥박의 개수가 24보다 크면, 해당 8초 ECG 신호는 rapid VR(쇼크 신호)로 인식된다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에서 단계 S300에 의해 검출된 rapid VT 신호를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, rapid VT 신호는 26개의 beat로 구성된 8초 ECG 에피소드로 나타날 수 있다. 맥박의 개수가 24보다 크기 때문에 본 발명에 의해 rapid VT, 즉 쇼크 신호로 검출될 수 있다.
The shock signal can be detected by the pulse rate condition determination method in order to detect the rapid VT signal as soon as possible. In the pulse rate condition determination method, the real-time pulse number is calculated using the 8 second ECG bit signal detected in step 200. If the number of real-time pulses is greater than 24, the corresponding 8 second ECG signal is recognized as a rapid VR (shock signal). 3 is a diagram illustrating a rapid VT signal detected by step S300 in a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the rapid VT signal may appear as an 8 second ECG episode consisting of 26 beats. Since the number of pulses is larger than 24, it can be detected by rapid VT, i.e., a shock signal, by the present invention.

단계 S400에서는, 신호 필터링을 통해 상기 비트 신호를 전처리할 수 있다. 단계 S300에서 실시간 맥박 수가 24 이하이면, 다음 단계 수행을 위한 전처리 과정으로서 단계 S400을 수행하게 되는데, ECG 신호를 웨이블릿 변환을 통해 필터링 처리할 수 있다. 웨이블릿 변환은 신호 처리에 있어서 시간상의 국소적인 특정 지점에서의 주파수 특성을 동시에 분석함으로써 전역적 주파수 특성 정보를 주는 푸리에 분석의 단점을 보완해 준다. 비연속 웨이블릿 변환은 시간-주파수 신호를 다양한 스케일의 비연속 신호로 분리해 줄 수 있다.
In operation S400, the bit signal may be preprocessed through signal filtering. If the real-time pulse number in step S300 is 24 or less, step S400 is performed as a preprocessing step for performing the next step, and the ECG signal may be filtered through wavelet transform. The wavelet transform compensates for the shortcomings of Fourier analysis, which provides global frequency characteristic information by simultaneously analyzing frequency characteristics at specific local points in time in signal processing. Discontinuous wavelet transform can separate a time-frequency signal into discontinuous signals of various scales.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 단계 S400에서 사용될 수 있는 이분 비연속 웨이블릿 분리 구현을 위한 필터 뱅크를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, detail이라고 하는 g(n)은 웨이블릿 계수와 관련된 FIR(finite impulse response filters) 고대역필터(high-pass filters) 계수이고, approximation이라고 하는 h(n)은 스케일 함수 계수와 관련된 FIR 저대역필터(low-pass filters) 계수이다. 각 필터를 지난 신호는 그 길이가 반으로 감소하고, h(n) 신호로 다시 다음 스케일 레벨에서 반복하여 변환 시킨다. 웨이블릿 변환으로 추출된 웨이블릿 계수는 웨이블릿 모함수(mother wavelet)에 대한 유사도로써 이는 스케일에 의해 주어진 시간에 따른 주파수 신호를 나타낸다.
4 is a diagram illustrating a filter bank for implementing bisected discrete wavelet separation that may be used in step S400 of a method for detecting a shock signal of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, g (n), called detail, is a finite impulse response filters (FIR) high-pass filters coefficient associated with the wavelet coefficient, and h (n), called approximation, is a scale function coefficient. FIR low-pass filters coefficients associated with The signal past each filter is halved and converted back to the h (n) signal at the next scale level. The wavelet coefficient extracted by the wavelet transform is a similarity to the wavelet mother function, which represents a frequency signal over time given by a scale.

단계 S500에서는, 상기 단계 S400에서 전처리 된 신호로부터 최대 피크 평균값을 통해 심장 무수축 신호(ASYS)를 검출할 수 있다. 즉, 단계 S500에서는, ASYS 검출 처리를 위해 MPA(Max Peaks Average) 값을 이용할 수 있다.
In step S500, the cardiac contraction signal ASYS may be detected from the signal preprocessed in step S400 through the maximum peak average value. In other words, in step S500, a maximum peak average (MPA) value may be used for the ASYS detection process.

ASYS 검출 처리는 심장 무수축(asystole) 신호를 검출하는데, 최단 시간 내에 asystole 신호를 검출하기 위하여 Max Peaks Average(MPA) 검출 방법을 사용할 수 있다. MPA 검출 방법은 단계 S400에 의한 전처리과정의 웨이블릿 변환을 이용하는데, ECG 신호가 웨이블릿 변환을 거쳐서 나온 값 중에 첨단의 값이 가장 큰 다섯 개 첨단을 구해서 첨단들의 평균을 구한다. 이 평균값이 소정의 값보다 작으면 asystole 신호로 인식되며 크면 다음 단계 S600을 계속해서 수행하게 된다. 이때, MPA 검출 방법은 도 4에 도시된 스케일 레벨3 주파수 대역을 d3 기반으로 수행할 수 있고, 소정의 값은 0.2로 할 수 있다.
The ASYS detection process detects cardiac asystole signals, and may use the Max Peaks Average (MPA) detection method to detect asystole signals in the shortest time. The MPA detection method uses wavelet transform in the preprocessing step S400. The five peaks having the largest peak value among the values obtained by the ECG signal through the wavelet transform are obtained to average the peaks. If the average value is smaller than the predetermined value, it is recognized as an asystole signal. If the average value is larger, the next step S600 is continued. In this case, the MPA detection method may perform the scale level 3 frequency band shown in FIG. 4 based on d3, and the predetermined value may be 0.2.

단계 S600에서는, 상기 단계 S400에서 전처리 된 신호로부터 특징을 추출할 수 있다. 이때, 단계 S600에서는 도 4에 도시된 d3 과 d4를 기반으로 소정 개수의 특징을 추출할 수 있다. 특징 추출 방법에는 다양한 방법이 있을 수 있는데, 시간 지연 방법(Time-Delay Methods), 첨단개수 추출 방법, 첨단 앞뒤의 특정 계수 추출 방법, 및 특정구역의 계수들의 표준편차 특징 추출 방법 중 적어도 어느 하나를 이용하여 특징을 추출할 수 있다. 이하에서는, 위에 언급한 네 가지 특징 추출 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
In step S600, the feature may be extracted from the signal preprocessed in the step S400. In this case, in operation S600, a predetermined number of features may be extracted based on d3 and d4 illustrated in FIG. 4. There are various methods for feature extraction, including at least one of a time-delay method, an advanced number extraction method, a front and rear specific coefficient extraction method, and a standard deviation feature extraction method of coefficients in a specific region. Feature can be extracted. Hereinafter, the four feature extraction methods mentioned above will be described in detail.

첫째, 시간 지연 방법에 의한 d값을 특징으로 추출할 수 있다. 시간 지연 방법(Time-Delay Methods 또는 Phase Space Reconstruction, PSR)는 Phase Space를 기반으로 동적인 파형이나 무작위적인 신호를 분석하기 위한 기법이다. ECG신호를 x(y+τ)라고 할 때 Phase Space의 x축에는x(t)를 사상시키고 y축에는 x(t+τ)를 사상시켜 2차원 다이어그램을 생성한다. τ는 시간 상수로서 0.5초이다.
First, the d value by the time delay method can be extracted as a feature. The time delay method (Time-Delay Method or Phase Space Reconstruction, PSR) is a technique for analyzing dynamic waveforms or random signals based on phase space. When the ECG signal is called x (y + τ), two-dimensional diagrams are generated by mapping x (t) on the x-axis of the phase space and x (t + τ) on the y-axis. τ is 0.5 second as a time constant.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 단계 S600에서 특징 추출을 위한 시간 지연 방법의 적용을 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 정상파형을 시간 지연 방법에 적용하였을 때 다이어그램은 규칙적인 형태를 보이며 적은 공간을 차지하나 심실세동의 경우 다이어그램은 불규칙한 형태를 보이며 많은 공간을 차지하게 된다. 특히, 구성된 Phase Space를 기반으로 다음 수학식 1에 의해 특징 d값을 구할 수 있다.5 is a diagram illustrating an application of a time delay method for feature extraction in step S600 of a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, when the normal waveform is applied to the time delay method, the diagram shows a regular shape and occupies a small space, but in the case of ventricular fibrillation, the diagram shows an irregular shape and occupies a large space. In particular, the feature d may be obtained by Equation 1 based on the configured phase space.

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둘째, 첨단들의 개수를 특징으로 추출할 수 있다. 첨단개수 추출 방법은 단계 S400에서 웨이블릿 변환된 심전도 신호를 받아서 그 중에서 첨단들을 추출할 수 있다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 단계 S600에서 특징 추출을 위한 첨단들의 개수 추출을 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 비-쇼크(Non-shockable) 신호(a)의 첨단들의 개수와 쇼크(Shockable) 신호(b)의 첨단들의 개수가 확연히 다르게 된다.
Second, the number of tips can be extracted as a feature. The tip number extraction method may receive the wavelet transformed ECG signal in step S400 and extract the tips from the tip. FIG. 6 is a diagram illustrating the number extraction of tips for feature extraction in step S600 of a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the number of tips of the non-shockable signal a and the number of tips of the shockable signal b are significantly different.

셋째, 첨단 앞뒤의 특정 계수를 특징으로 추출할 수 있다. 첨단 앞뒤의 특정 계수 추출(Characteristic Features Extraction, CFE) 방법은 단계 S400의 웨이블릿 변환을 기반으로 최대첨단계수의 주변계수 값을 검출해내는 기법이다. ECG 신호가 웨이블릿 변환을 거쳐서 나온 값 중에 첨단의 값이 가장 큰 각 첨단에서 바로 앞 4개의 계수의 값을 before(b1, b2, b3, b4), 바로 뒤 4개의 계수 값을 after(a1, a2, a3, a4)라 하면, 첨단 값이 가장 큰 세 개의 before와 after를 구해서 각각(a1은 a1끼리 세 개의 값)의 평균을 구할 수 있다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 단계 S600에서 특징 추출을 위한 첨단 앞뒤의 특정 계수 추출을 나타낸 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, Non-shockable 신호(a)의 첨단들의 개수와 Shockable 신호(b)를 입력한 값이 확연히 다르게 된다.
Third, specific coefficients before and after the tip can be extracted as features. Characteristic Features Extraction (CFE) method is the technique of detecting the peripheral coefficient value of the maximum step number based on the wavelet transform of step S400. The ECG signal is obtained by wavelet transform and before (b1, b2, b3, b4) the value of the last four coefficients at each peak having the largest value of the leading edge, and after (a1, a2). , a3, a4), we can calculate the average of each of the three before and after (a1 is the three values of a1) with the largest peak value. FIG. 7 is a diagram illustrating a specific coefficient extraction before and after a tip for feature extraction in step S600 of a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the number of tips of the non-shockable signal a and the value input to the shockable signal b are significantly different.

넷째, 특정구역의 계수들의 표준편차를 특징으로 추출할 수 있다. 특정구역의 계수들의 표준편차 특징(Standard Deviations of the Specific Intervals, SDSI)추출 방법은 웨이블릿 변환을 기반으로 나온 신호에서 특정 y축 범위에서 계수의 값들의 표준편차를 검출해내는 기법이다.
Fourth, it can be extracted by characterizing the standard deviation of the coefficients of a specific zone. The Standard Deviations of the Specific Intervals (SDSI) extraction method is a technique for detecting the standard deviation of coefficient values in a specific y-axis range from a signal based on wavelet transform.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 단계 S600에서 특징 추출을 위한 특정구역의 계수의 분포를 나타낸 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 웨이블릿 변환된 Non-shockable 신호(a)와 Shockable 신호(b)가 구성하고 있는 모든 d3 계수점들을 표시한 다음 ECG 신호가 웨이블릿 변환으로 거쳐서 나온 값을 기준으로 Y축 값의 범위(±0.05, ±0.1, ±0.2, ±0.3)안에 포함된 계수의 값들을 추출하면, Non-shockable인 경우와 Shockable인 경우 분포에 큰 차이를 보이게 된다. 따라서 표준 편차는 Non-shockable인 경우와 Shockable인 경우 분포 특징의 차이를 분명하게 보여줄 수 있다.
FIG. 8 is a diagram illustrating a distribution of coefficients of a specific region for feature extraction in step S600 of a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, all d3 counting points constituted by the wavelet transformed non-shockable signal (a) and the shockable signal (b) are displayed, and then the Y-axis based on the value obtained by the ECG signal through the wavelet transform. Extracting the values of the coefficients included in the range of values (± 0.05, ± 0.1, ± 0.2, ± 0.3) shows a big difference in the distribution between non-shockable and shockable cases. Thus, the standard deviation can clearly show the difference in distribution characteristics between non-shockable and shockable cases.

단계 S700에서는, 상기 추출된 특징을 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망의 입력 특징으로 하여 쇼크 신호와 비-쇼크 신호를 검출할 수 있다. 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망(Neural Network with Weighted Fuzzy Membership Function, NEWFM)은, 입력으로부터 학습된 가중 퍼지 소속 함수의 경계 합을 이용하여 클래스를 분류하는 지도학습 퍼지 신경망이다.
In operation S700, the shock signal and the non-shock signal may be detected using the extracted feature as an input feature of the weighted fuzzy membership function based neural network. The Neural Network with Weighted Fuzzy Membership Function (NEWFM) is a supervised fuzzy neural network that classifies classes using a boundary sum of weighted fuzzy membership functions learned from input.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에서 사용되는 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망의 구조를 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, NEWFM의 구조는 입력, 하이퍼박스, 클래스의 3개 계층으로 구성되어 있다. 입력 계층은 n개의 입력 노드들로 구성되며, 각 입력 노드는 하나의 특징 입력을 입력받게 된다. 하이퍼박스 계층은 m개의 하이퍼박스 노드로 구성되고, l번째 하이퍼박스 노드 Bl은 단 하나의 클래스 노드에 연결되며 n개의 퍼지집합을 갖는다.
9 is a diagram illustrating a structure of a weighted fuzzy membership function based neural network used in a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 9, the structure of NEWFM is composed of three layers of input, hyperbox, and class. The input layer consists of n input nodes, and each input node receives one feature input. The hyperbox hierarchy consists of m hyperbox nodes, the l th hyperbox node B l is connected to only one class node and has n fuzzy sets.

단계 S700에서는, 비 중복 면적 측정법을 이용하여 상기 추출된 특징 중 소정 개수의 특징을 선택하여 상기 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망의 입력 특징으로 할 수 있는데, 신경망에서 입력되는 특징은 단계 S600에서 추출된 특징 중 소정 개수일 수 있으며, 좋은 특징을 입력하는 것이 신경망의 인식률을 증가시키는 주요한 요인이 된다.
In operation S700, a predetermined number of features may be selected as the input feature of the weighted fuzzy membership function based neural network by using a non-overlapping area measurement method. The feature input from the neural network may be a feature extracted in operation S600. It can be a predetermined number of and inputting a good feature is a major factor for increasing the recognition rate of the neural network.

특징 선택은 단계 S600에서 추출된 특징 중에서 가장 좋은 특징을 선택하는 과정이다. 특징은 신경망 성능에 저해되는 경우가 있으며 저해되지 않더라도 특징의 수를 줄이는 것이 성능을 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 신경망의 복잡도를 낮추게 된다. 본 발명에서는 비 중복 면적 분산 측정법을 사용하여 특징을 선택함으로써, 인식률을 향상시킬 수 있으며 이는 신경망 성능개선을 기할 수 있게 한다.
Feature selection is a process of selecting the best feature among the features extracted in step S600. Features can sometimes be detrimental to neural network performance. Even if they are not impaired, reducing the number of features can improve performance and reduce the complexity of the neural network. In the present invention, the recognition rate can be improved by selecting a feature using a non-overlapping area variance method, which can improve neural network performance.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에서 사용되는 비 중복 면적 분산 측정법을 예를 들어 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 비 중복 면적 분산 측정법은 가중 퍼지 소속 함수(Weighted Fuzzy Membership Function, WFM)의 경계 합(bounded sum of WFM, BSWFM)을 사용하며, 클래스 1과 클래스 2를 분류하는 경우 두 클래스가 중복되지 않는 넓이가 더 넓고 그 분포가 고를 때 좋은 특징이 된다.
FIG. 10 is a diagram illustrating a non-overlapping area variance measuring method used in a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the non-overlapping area variance method uses a bounded sum of WFM (BSWFM) of a weighted fuzzy membership function (WFM), and class 1 and class 2 are classified. This is a good feature when the two classes have a wider non-overlapping area and an even distribution.

본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법의 성능을 평가하기 위해 CUDB, MIT-BIHDB, MIT-BIH-MVADB를 사용하여, 전체 데이터 중 Shockable 신호 1442개, Non-shockable 신호 15811개를 8초 단위의 심전계 신호로 샘플링하여 실험하였다.
Shockable signal 1442 of the total data using CUDB, MIT-BIHDB, and MIT-BIH-MVADB to evaluate the performance of a defibrillator shock signal detection method using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention. Dogs and 15811 non-shockable signals were sampled with an 8-second ECG signal.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법에서 특징 입력의 개수에 따른 검출 성능의 평균값의 변화를 도시한 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 6개의 특징 입력을 사용할 때가 평균값이 가장 높게 측정되었다. 따라서 단계 S700에서는, 비 중복 면적 측정법을 이용하여 상기 추출된 특징 중 6개의 특징을 선택하여 상기 중 퍼지 소속 함수 기반 신경망의 입력 특징으로 할 수 있다.
FIG. 11 is a diagram illustrating a change in an average value of detection performance according to the number of feature inputs in a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, the average value was measured highest when using six feature inputs. Therefore, in step S700, six features among the extracted features may be selected using the non-overlapping area measurement method to be input features of the fuzzy membership function based neural network.

기존 연구에 의한 방법(Irena Jekova, “Shock advisory tool: Detection of life-threatening cardiac arrhythmias and shock success prediction by means of a common parameter set”, Biomedical Signal Processing and Control Volume 2, Issue 1, Pages 25-33, January 2007)과 본 발명의 일실시예에 따른 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법을 이용하여, 쇼크 신호 검출 방법의 성능을 평가하여 다음 표 1에 나타내었다. 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 검출시간은 기존연구의 샘플링 시간이 10초이고 본 발명의 샘플링 시간이 8초로 2초 정도 빠르게 검출이 되었고, 기존 연구의 민감도는 91.4%, 특이도는 93.4%이었고, 본 발명의 민감도는 91%, 특이도는 97.1%, 평균인식률은 95%로 기존 연구에 비해 높은 성능을 보였다.Irena Jekova, “Shock advisory tool: Detection of life-threatening cardiac arrhythmias and shock success prediction by means of a common parameter set”, Biomedical Signal Processing and Control Volume 2, Issue 1, Pages 25-33, January 2007) and the shock signal detection method of the defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network according to an embodiment of the present invention, the performance of the shock signal detection method is shown in Table 1 below. As can be seen in Table 1, the detection time of the existing study was 10 seconds and the sampling time of the present invention was detected as fast as 8 seconds to 2 seconds, the sensitivity of the existing study 91.4%, specificity 93.4% The sensitivity of the present invention was 91%, specificity of 97.1%, and average recognition rate of 95%.

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이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics of the invention.

S100: 심전계 신호를 수집하는 단계
S200: 심전계 신호로부터 비트를 검출하는 단계
S300: 맥박수가 소정의 값 이상이면 쇼크 신호를 검출하는 단계
S400: 웨이블릿 변환을 통해 비트 신호를 전처리 하는 단계
S500: 최대 피크 평균값을 통해 심장 무수축 신호를 검출하는 단계
S600: 비중복 면적 측정법을 이용하여 전처리 된 비트 신호로부터 특징을 추출하는 단계
S700: 추출된 특징을 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망의 입력 특징으로 하여 쇼크 신호와 비-쇼크 신호를 검출하는 단계
S100: collecting the ECG signal
S200: detecting bits from the electrocardiograph signal
S300: detecting a shock signal when the pulse rate is more than a predetermined value
S400: preprocessing the bit signal through wavelet transform
S500: detecting the cardiac contraction signal through the maximum peak mean value
S600: extracting features from preprocessed bit signals using non-overlapping area measurement
S700: detecting shock and non-shock signals using the extracted features as input features of the weighted fuzzy membership function based neural network

Claims (6)

급심 정지 소생을 위한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법으로서,
(1) 심전계 신호를 수집하는 단계;
(2) 단계 (1)에서 수집한 심전계 신호로부터 비트를 검출하는 단계;
(3) 상기 비트로부터 맥박수가 소정의 값 이상이면 빠른 심실 빈맥으로 판단하여 쇼크 신호를 검출하는 단계;
(4) 신호 필터링을 통해 상기 비트 신호를 전처리하는 단계;
(5) 상기 단계 (4)에서 전처리된 신호로부터 특징을 추출하는 단계; 및
(6) 상기 추출된 특징을 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망의 입력 특징으로 하여 쇼크 신호와 비-쇼크 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법.
A shock signal detection method of a defibrillator for sudden stop resuscitation,
(1) collecting an electrocardiograph signal;
(2) detecting bits from the electrocardiograph signal collected in step (1);
(3) detecting a shock signal by judging as a fast ventricular tachycardia if the pulse rate is greater than a predetermined value from the bit;
(4) preprocessing the bit signal through signal filtering;
(5) extracting features from the preprocessed signal in step (4); And
(6) detecting the shock signal and the non-shock signal by using the extracted feature as an input feature of the weighted fuzzy membership function based neural network, the shock of the defibrillator using the weighted fuzzy membership function based neural network. Signal detection method.
제1항에 있어서, 상기 단계 (4)에서,
상기 신호 필터링은 웨이블릿 변환에 의한 것을 특징으로 하는, 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법.
The method of claim 1, wherein in step (4),
The signal filtering is a shock signal detection method of a defibrillator using a weighted fuzzy membership function based neural network, characterized in that by the wavelet transform.
1항에 있어서, 상기 단계 (5)는,
상기 단계 (4)에서 전처리된 신호로부터 최대 피크 평균값을 통해 심장 무수축 신호를 검출하는 단계를 더 포함하며,
심장 무수축 신호가 아닌 경우에 상기 특징을 추출하는 것을 특징으로 하는, 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법.
The method of claim 1, wherein step (5)
Detecting a cardiac contraction signal through a maximum peak mean value from the signal preprocessed in step (4),
A method for detecting a shock signal of a defibrillator using a weighted fuzzy belonging function based neural network, characterized in that the feature is extracted when it is not a heart contraction signal.
제1항에 있어서, 상기 단계 (5)에서는,
시간 지연 방법, 첨단개수 추출 방법, 첨단 앞뒤의 특정 계수 추출 방법, 및 특정구역의 계수들의 표준편차 특징 추출 방법 중 적어도 어느 하나를 이용하여 특징을 추출하는 것을 특징으로 하는, 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법.
The method of claim 1, wherein in step (5),
A weighted fuzzy membership function based neural network, characterized in that the feature is extracted using at least one of a time delay method, a peak number extraction method, a front and rear specific coefficient extraction method, and a standard deviation feature extraction method of coefficients in a specific region. Shock signal detection method of the defibrillator using.
제1항에 있어서, 상기 단계 (6)에서는,
비 중복 면적 측정법을 이용하여 상기 추출된 특징 중 소정 개수의 특징을 선택하여 상기 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망의 입력 특징으로 하는 것을 특징으로 하는, 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법.
The method of claim 1, wherein in step (6),
Detecting shock signal of a defibrillator using a weighted fuzzy belonging function based neural network, by selecting a predetermined number of features from the extracted features using a non-overlapping area measurement method Way.
제5항에 있어서,
상기 소정 개수의 특징은 6개인 것을 특징으로 하는, 가중 퍼지 소속 함수 기반 신경망을 이용한 제세동기의 쇼크 신호 검출 방법.
The method of claim 5,
The predetermined number of features, characterized in that the shock signal detection method of the defibrillator using a weighted fuzzy belonging function based neural network.
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