KR20130072728A - Ｒ-피크 검출 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

ECG 신호로부터 R-피크(R-peak)를 검출하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법이 개시된다. 본 발명에 의한 제어 방법은 ECG 신호를 입력받는 단계, 기저장된 ECG 템플릿을 독출하는 단계, ECG 신호를 ECG 템플릿과 비교하여, ECG 신호와 ECG 템플릿간의 유사도를 결정하는 단계 및 유사도가 기설정된 임계값 이상인지를 판단하며, 임계값 이상인 경우에 해당하는 구간을 R-피크로 결정하는 단계를 포함한다.

Description

Ｒ-피크 검출 장치 및 그 제어 방법 { R-PEAK DETECTING APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF }
본 발명은 생체의 심장으로부터의 출력되는 전기적 신호인 ECG(electrocardiogram)으로부터 R-피크(R-peak)를 검출하는 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
근자에 들어, 신체 건강에 대한 관심이 증대되면서 생체로부터의 건강 관련 징후를 전기적으로 해석하고자 하는 의료-전기 융복합 기술이 발전하고 있다. 특히 지방 또는 콜레스트롤이 다량 함유된 식품의 섭취가 증가함에 따라 심장 관련 질병이 급증하고 있는 실정에서, 심장 운동의 이상 징후를 지속적으로 모니터링하는 기술의 발전이 요청되어 왔다.
이에 따라서, 사용자로부터 출력되는 ECG를 전기적으로 해석하는 기술이 개발되어 왔다. 상술한 ECG를 전기적으로 해석하는 과정에서, ECG에 포함된 R-피크 구간을 검출하는 구성은 ECG 해석 과정에서 기초적으로 요구되는 구성이다.
종래의 ECG에 포함된 R-피크를 검출하는 구성은 크게 미분을 이용하는 방법 및 웨이브렛(wavelet)을 이용하는 방식으로 구분될 수 있다. 미분을 이용하는 방법은, 입력된 ECG 신호에 대하여 미분 연산을 수행한 이후, 수행 결과 도출된 미분 계수에 적절한 임계값을 적용하여 R-피크를 검출하는 방식을 채택한다. R-피크는 ECG 신호의 여타의 구간과 비교하여, 시간에 대한 급격한 기울기를 가지며 이에 따라 일정 수준 이상의 기울기, 즉 미분 계수를 가지는 구간을 R-피크로 결정하는 구성이다.
한편, 웨이브렛을 이용하는 방법은, 입력된 ECG 신호를 웨이브렛 변환(wavelet transform)을 하여 웨이브렛 도메인(wavelet domain)에서 모듈러스 최대값 라인(modulus maxima line)을 이용하는 방식이다.
다만, 상술한 두 가지 방식을 포함하는 종래의 R-피크 검출 방법은 입력된 신호의 노이즈의 영향을 크게 받는 문제점 및 강도가 큰 T-피크를 R-피크로 오인할 가능성이 큰 문제점을 포함한다. 이에 따라, 신호의 노이즈 및 강도가 큰 T-피크 존재에 대하여 강인한 R-피크를 검출할 수 있는 기술의 개발이 지속적으로 요청되어 왔다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하는 동시에, 상술한 요청에 응답하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 ECG 템플릿(template)을 이용한 R-피크 검출 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
상술한 바를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 ECG 신호로부터 R-피크(R-peak)를 검출하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법은, ECG 신호를 입력받는 단계, 기저장된 ECG 템플릿을 독출하는 단계, 상기 ECG 신호를 상기 ECG 템플릿과 비교하여, 상기 ECG 신호와 상기 ECG 템플릿간의 유사도를 결정하는 단계 및 상기 유사도가 기설정된 임계값 이상인지를 판단하며, 상기 임계값 이상인 경우에 해당하는 구간을 R-피크로 결정하는 단계를 포함한다.
아울러, 본 발명의 다른 측면에 의한 ECG 신호로부터 R-피크(R-peak)를 검출하는 R-피크 검출 장치는, ECG 신호를 센싱하는 센서부, ECG 템플릿을 저장하는 저장부 및 상기 ECG 신호를 상기 ECG 템플릿과 비교하여, 상기 ECG 신호와 상기 ECG 템플릿간의 유사도를 결정하며, 상기 유사도가 기설정된 임계값 이상인지를 판단하며, 상기 임계값 이상인 경우에 해당하는 구간을 R-피크로 결정하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 의하여, 잡음 및 크기가 강한 T-피크 존재에 강인한 R-피크 검출 장치 및 그 제어 방법이 구현된다. 특히, ECG 신호를 기저장된 ECG 템플릿과 비교하여 R-피크를 검출함에 따라서 미분계수 또는 웨이브렛에서 발생할 수 있는 잡음의 영향이 최소화될 수 있다.
뿐만 아니라, 지속적인 ECG 템플릿의 업데이트(update)가 구현됨에 따라서, 사용자 각각에 최적화된 ECG 템플릿이 획득될 수 있으며, ECG 템플릿 업데이트를 반복함에 따라서 실제 ECG와 실질적으로 유사한 ECG 템플릿을 획득할 수 있다.
또한, 입력된 ECG 신호의 일부 구간만을 선택하여 ECG 템플릿 업데이트를 수행할 수 있어, 업데이트에 요구되는 연산량 및 연산 시간을 획기적으로 감출할 수 있는 효과가 창출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 R-피크 검출 장치의 제어 방법에 대한 흐름도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 상관도에 기초한 유사도 결정 과정을 설명하기 위한 개념도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 R-피크 검출 장치의 제어 방법의 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 ECG 템플릿의 업데이트 과정을 설명하기 위한 개념도,
도 5a 내지 5f는 ECG 템플릿의 업데이트 및 업데이트 반복 과정을 설명하기 위한 그래프,
도 6a 및 6b는 각각 종래의 R-피크 검출 장치에 의하여 검출된 R-피크 및 본 발명의 일 실시 예에 의한 R-피크 검출 장치에 의하여 검출된 R-피크를 나타내는 그래프들,
도 7a는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 ECG 템플릿의 업데이트 과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비교 대상 구간 결정을 설명하기 위한 그래프,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 R-피크 검출 장치의 블록도,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 R-피크 검출 장치의 블록도이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 R-피크 검출 장치의 제어 방법에 대한 흐름도이다.
R-피크 검출 장치는 사용자로부터 ECG 신호를 입력받을 수 있다(S101).
R-피크 검출 장치는 ECG 신호를 센싱할 수 있는 센싱 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱 수단은 생체와 같은 사용자에 접착할 수 있는 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있다. 여기에서, 전극은 바람직하게는 은(silver)일 수 있으나, 생체로부터 ECG 신호를 검출할 수 있는 수단이면 제한이 없다는 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. R-피크 검출 장치는 적어도 하나의 전극으로부터 적어도 하나의 생체 신호를 센싱할 수 있으며, 센싱된 적어도 하나의 신호에 기초하여 ECG 신호를 입력받을 수 있다.
또는 R-피크 검출 장치는 센싱 수단과는 독립적으로 구성되어, 독립적인 센싱 수단으로부터 ECG 신호를 입력받을 수 있다. 이러한 경우에는, R-피크 검출 장치는 센싱 수단으로부터 특정 전기 신호를 입력받을 수 있는 인터페이스를 포함할 수 있다.
R-피크 검출 장치는 상술한 구성에 의하여 입력된 ECG 신호와의 비교를 위한 기저장된 ECG 템플릿을 독출할 수 있다(S102). 여기에서, ECG 템플릿은 ECG 신호 중 특정 구간을 검출하기 위하여, 입력된 로데이터(raw data)와의 비교를 위한 비교 대상일 수 있다. 즉, ECG 템플릿은 잡음이 최소화된 환경에서 획득된 ECG 신호 모델일 수 있으며, 획득된 ECG 신호 모델에 대하여 잡음 제거 및 에러 정정을 수행한 신호 모델일 수도 있다. 한편, 더욱 상세하게 후술할 것으로 ECG 신호 및 ECG 템플릿 사이의 비교에 대한 반복 수행에 기초하여 생성된, 학습된 ECG 신호 모델일 수도 있다.
R-피크 검출 장치는 독출된 ECG 템플릿을 ECG 신호와 비교하여 양 신호 사이의 유사도를 결정할 수 있다(S103). 여기에서 유사도는 ECG 템플릿과 ECG 신호 사이의 파형에 대한 유사 정도를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 R-피크 검출 장치는 ECG 템플릿 및 ECG 신호 사이의 상관도(correlation)에 기초하여 유사도를 결정할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 상관도에 기초한 유사도 결정 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, R-피크 검출 장치는 입력된 ECG 신호(202)에 대하여 ECG 템플릿(201)을 시간 방향으로 이동시키면서 상관도 연산 과정을 수행함으로써 양 신호 사이의 상관도를 결정할 수 있다. 우선적으로, R-피크 검출 장치는 입력된 아날로그 형태의 ECG 신호를 기설정된 구간으로 샘플링(sampling)한 후, 양자화(quantization)하여 ECG 신호의 시계열적 데이터를 추출할 수 있다. 여기에서, ECG 신호의 시계열적 데이터를 예를 들어 [x1,x2,...,xn]으로 상정하도록 한다. 여기에서 x는 ECG 신호임을 의미하며, 숫자 첨자 n은 n번째 데이터임을 의미한다.
한편, R-피크 검출 장치는 ECG 템플릿에 대하여서도 동일한 과정을 반복하여 ECG 템플릿의 시계열적 데이터를 설정할 수 있다. 여기에서, ECG 템플릿의 시계열적 데이터는 [y1,y2,...,yn]으로 상정하도록 한다. 여기에서 y는 ECG 템플릿의 데이터임을 의미하며, 숫자 첨자 n은 n번째 데이터임을 의미한다.
한편, R-피크 검출 장치는, 샘플링된 시계열적 데이터 형태로 ECG 템플릿을 저장할 수 있으며, 또는 아날로그 형태로 ECG 템플릿을 저장한 이후에 입력된 ECG 신호의 형태에 기초하여 적절한 주기로 샘플링된 시계열적 데이터를 생성할 수도 있다.
R-피크 검출 장치는 ECG 신호의 시계열적 데이터 [x1,x2,...,xn]와, ECG 템플릿의 시계열적 데이터 [y1,y2,...,yn] 및 수학식 1을 이용하여 상관도 rxy를 결정할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서,
Figure pat00002
는 ECG 신호의 시계열적 데이터의 평균을 의미하여,
Figure pat00003
는 ECG 템플릿의 시계열적 데이터의 평균을 의미한다. 아울러, 상기의 첨자 i는 i번째 시계열적 데이터를 의미하며, n은 시계열적 데이터의 총 개수이다.
수학식 1에 의한 상관도 rxy의 결과값은 x 및 y 데이터 사이, 즉 ECG 신호 및 ECG 템플릿 사이의 유사도가 클수록 1에 가까운 값을 가지며, 유사도가 작을수록 0에 가까운 값을 가진다.
한편, ECG 신호 파형의 일반적인 성격에 의하여 유사도의 값이 큰 구간을 R-피크로 추정할 수 있다. 이는 템플릿의 형태와 입력된 ECG신호의 R-피크 간의 유사도가 여타의 구간과 비교하여 큰 것에 기초한다.
R-피크 검출 장치는, 예를 들어 수학식 1에 의하여 결정된 상관도와 같은 유사도의 크기가 기설정된 임계값보다 큰 지를 판단할 수 있다(S104). 여기에서 기설정된 임계값은 통계적으로 결정될 수 있으며, R-피크 검출 장치는 예를 들어 0.8 이상의 유사도 이상인 구간을 R-피크로 결정할 수 있다(S105). 상기의 기설정된 임계값은 통계적으로 결정될 수 있으며, 더욱 상세하게 후술할 것으로 반복 과정에 의한 템플릿 업데이트와 관련하여 업데이트될 수도 있다.
상술한 바와 같이, R-피크 검출 장치는 ECG 신호 자체를 해석하는 종래기술과는 대조적으로, ECG 신호를 기저장된 ECG 템플릿과 비교하여 R-피크를 검출할 수 있다. 이에 따라, R-피크 검출 장치는 ECG 신호 자체를 해석함에 따라서 발생할 수 있는 잡음에 의한 영향 및 강도가 큰 T-피크 존재에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 R-피크 검출 장치의 제어 방법의 흐름도이다.
R-피크 검출 장치는 ECG 신호를 입력받을 수 있다(S301).
R-피크 검출 장치는 입력된 ECG 신호에 대하여 필터링을 수행하여 노이즈를 제거할 수 있다(S302). 여기에서 R-피크 검출 장치는, 하이패스필터, 로우패스필터 및 밴드패스필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 따라 잡음이 다수 존재하는 주파수 대역을 차단할 수 있다.
R-피크 검출 장치는 기저장된 ECG 템플릿을 독출할 수 있다(S303).
R-피크 검출 장치는 ECG 신호를 독출한 ECG 템플릿과 비교하여 유사도를 결정할 수 있다(S304).
R-피크 검출 장치는 결정된 유사도가 기설정된 임계값보다 큰 지를 판단하여(S304), 임계치보다 큰 ECG 신호 구간을 R-피크 후보로 결정할 수 있다.
R-피크 검출 장치는 ECG 신호를 상기의 R-피크 후보를 기준으로 세그멘테이션을 수행할 수 있다(S307). 즉, 여기에서 R-피크 후보는 바람직하게는 일정한 주기를 가지고 반복되게 ECG 신호에서 나타날 수 있으며, R-피크 검출 장치는 바람직하게는 상기의 일정한 주기마다 ECG 신호를 세그멘테이션하여 바람직하게는 동일한 시간 길이를 가지는 복수 개의 ECG 신호 세그멘트를 생성할 수 있다.
R-피크 검출 장치는 생성된 복수 개의 ECG 신호 세그멘트들을 적층할 수 있다. 즉, R-피크 검출 장치는 ECG 신호 세그멘트들을 동일한 평면상에 배열시킬 수 있다.
R-피크 검출 장치는 동일한 평면상에 적층된 복수 개의 ECG 신호들을 평균화할 수 있다(S308). 예를 들어, R-피크 검출 장치는 복수 개의 ECG 신호 세그멘트들에 대하여 각각의 시계열적 데이터를 생성할 수 있으며, 각각의 시간 구간에 대응하는 평균값들을 산출할 수 있다.
R-피크 검출 장치는 복수 개의 ECG 신호 세그멘트의 평균화된 그래프 또는 시계열적 데이터를 새로운 ECG 템플릿으로 업데이트할 수 있다(S309).
R-피크 검출 장치는 상술한 ECG 템플릿의 업데이트와 관련된 구성을 기설정 된 횟수만큼 수행할 수 있다(S310). R-피크 검출 장치가 ECG 템플릿의 업데이트 과정을 기설정된 횟수 이하만큼 수행한 경우(S310-N), R-피크 검출 장치는 업데이트된 ECG 템플릿을 S301 단계에 입력된 ECG 신호, 또는 S302 단계에서 필터링된 ECG 신호와 비교할 수 있다(S311).
R-피크 검출 장치는 업데이트된 ECG 템플릿을 이용하여 S305 내지 S309 단계를 반복할 수 있다. 즉, R-피크 검출 장치는 업데이트된 ECG 템플릿과 ECG 신호를 비교하여, 기설정된 임계값 이상인 구간을 업데이트된 R-피크 후보로 결정할 수 있다. 아울러, R-피크 검출 장치는 업데이트된 R-피크 후보를 기준으로 ECG 신호를 세그멘테이션할 수 있으며, 생성된 복수 개의 ECG 신호 세그멘트들에 대하여 적층 후 평균화를 수행하여 새로운 ECG 템플릿을 다시 업데이트할 수 있다.
R-피크 검출 장치가 ECG 템플릿의 업데이트를 기설정된 횟수를 초과하여 수행한 경우(S311-Y), R-피크 검출 장치는 R-피크 후보를 R-피크로 결정할 수 있다(S312).
한편, S305단계에서의 기설정된 임계값은 수행된 ECG 템플릿의 업데이트 횟수에 따라서 상이하게 결정될 수 있다. 더욱 상세하게는, 기설정된 임계값은 수학식 2에 의하여 결정될 수 있다.
Figure pat00004
수학식 2에서, k는 기실행된 ECG 템플릿 업데이트의 횟수이며, Th(k)는 임계값을 의미하며, M(k) 및 V(k)는 각각 ECG 신호 및 ECG 템플릿 사이의 상관도의 평균 및 분산을 의미한다. 아울러, α는 분산의 가중치일 수 있으며, 예를 들어 20일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 R-피크 검출 장치는 ECG 템플릿을 업데이트함에 따라서, 보다 실질적인 ECG 신호와 유사한 ECG 템플릿을 획득할 수 있으며, 사용자마다 상이한 ECG 템플릿을 획득할 수도 있다. 아울러, ECG 템플릿의 업데이트마다, 예를 들어 수학식 2에 기초한 상이한 임계값을 적용할 수 있으며, 보다 잡음 등에 강인한 R-피크를 검출할 수 있는 효과가 창출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 ECG 템플릿의 업데이트 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, R-피크 검출 장치는 ECG 신호의 로데이터 또는 필터링과 같은 전처리가 수행된 ECG 신호(401)를 입력받을 수 있다. ECG 신호(401)는 복수 개의 R-피크로 추정되는 구간을 가질 수 있는 것을 확인할 수 있다. 한편, ECG 신호(401)의 x축은 시간일 수 있으며, y축은 전압 값일 수 있다. 한편, ECG 신호(401)는 아날로그 신호 형태로 도시되어 있지만, 상술한 바와 같이 일정한 구간으로 샘플링되어 양자화된 시계열적 데이터일 수도 있다.
R-피크 검출 장치는 ECG 템플릿(402)을 독출할 수 있다. 식별 부호 402로 표시된 ECG 템플릿(402)은 업데이트되지 않은 초기 ECG 템플릿일 수 있다. 한편, 식별 부호 403으로 표시된 ECG 템플릿(403)은 업데이트된 ECG 템플릿일 수 있다. 최초 비교 시에는 ECG 템플릿(402) 및 ECG 템플릿(403)이 동일할 수 있다.
R-피크 검출 장치는 ECG 신호(401) 및 ECG 템플릿을 비교, 예를 들어 수학식 1에 기초한 상관도를 결정할 수 있다(404). 식별 부호 405는 본 발명의 일 실시 예에 의한 상관도일 수 있다. 405에서 x축은 시간일 수 있으며, y축은 상관도 값일 수 있다.
R-피크 검출 장치는 결정된 상관도에서, 예를 들어 수학식 2에 의하여 결정된 임계값 이상인 구간을 R-피크 후보로 결정할 수 있으며(406), R-피크 후보에 기초하여 세그멘테이션 및 적층을 수행할 수 있다(407).
그래프(408)는 동일한 평면상에 적층된 복수 개의 ECG 신호 세그멘트들을 도시한다. 그래프(408)에 도시된 바와 같이, 적층된 복수 개의 ECG 신호 세그멘트들이 동일할 평면에 도시된다. R-피크 검출 장치는 복수 개의 ECG 신호 세그멘트들을 평균화하여 평균화된 그래프(409)를 생성할 수 있다.
R-피크 검출 장치는 평균화된 그래프(409)를 새로운 ECG 템플릿으로 업데이트할 수 있으며, 기설정된 횟수만큼 상술한 업데이트 과정을 반복할 수 있다.
기설정된 횟수만큼 업데이트 과정을 반복한 이후, R-피크 검출 장치는 업데이트된 상관도 그래프(410)에서 업데이트된 R-피크 후보(411,412,413)들을 R-피크로 결정할 수 있다.
도 5a 내지 5f는 ECG 템플릿의 업데이트 및 업데이트 반복 과정을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 5a는 첫번째 반복 과정에서의 상관도 그래프이며, 도 5b는 이에 대응하는 ECG 템플릿이다. 한편, 도 5c는 두번째 반복 과정에서의 상관도 그래프이며, 도 5d는 이에 대응하는 ECG 템플릿이며, 도 5e는 세번째 반복 과정에서의 상관도 그래프이며, 도 5f는 이에 대응하는 ECG 템플릿이다. 도 5b에서, 5d, 5f로 ECG 템플릿의 업데이트가 진행될 수록 ECG 템플릿의 형태가 보다 실제의 ECG 신호와 유사해지는 것을 확인할 수 있다.
도 6a 및 6b는 각각 신호종래의 R-피크 검출 장치에 의하여 검출된 R-피크 및 본 발명의 일 실시 예에 의한 R-피크 검출 장치에 의하여 검출된 R-피크를 나타내는 그래프들이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 신호종래의 R-피크 검출 장치에 의하여 검출된 R-피크는 잡음을 포함하고 있지만, 도 6b에 "+" 로 표시된 바와 같이 R-피크를 잡음의 영향 없이 검출할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 ECG 템플릿의 업데이트 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 한편, 도 7의 ECG 템플릿의 업데이트 과정 이외의 R-피크 검출 과정은 도 1 또는 도 3과 관련하여 상술한 바와 동일하므로 여기에서는 생략하도록 한다.
R-피크 검출 장치는 기저장된 템플릿을 독출할 수 있다(S701). R-피크 검출 장치는 ECG 신호로부터, ECG 템플릿과의 비교를 위한 비교 대상 구간을 결정할 수 있다(S702). R-피크 검출 장치는 예를 들어 ECG 신호의 초반 일부 구간을 비교 대상 구간으로 결정할 수 있다. 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비교 대상 구간 결정을 설명하기 위한 그래프로, 예를 들어 R-피크 검출 장치는 ECG 신호의 초반 일부 구간(791)을 비교 대상 구간으로 결정할 수 있다. 비교 대상 구간(791)은, 예를 들어 초반 2 내지 3 주기일 수 있다.
R-피크 검출 장치는 ECG 신호의 비교 대상 구간와 ECG 템플릿을 비교하여 유사도를 결정할 수 있다(S703). 비교 대상 구간 및 ECG 템플릿 사이의 유사도는, 예를 들어 상관도일 수 있다.
R-피크 검출 장치는 결정된 유사도가 기설정된 임계값보다 큰 지 여부를 판단할 수 있으며(S704), 유사도가 기설정된 임계값보다 큰 구간을(S704-Y), R-피크 후보로 결정할 수 있다(S705). R-피크 검출 장치는 R-피크 후보를 기준으로 세그멘테이션 및 세그멘트 적층을 수행할 수 있으며(S706), 세그멘트 평균을 산출하여 비교 대상 구간(791)에 대한 템플릿을 업데이트할 수 있다(S707).
R-피크 검출 장치는 비교 대상 구간(791)에 대한 템플릿의 업데이트를 반복할 수 있으며, 기설정된 횟수만큼 업데이트를 수행한 이후에는 ECG 템플릿을 확정할 수 있다.
확정된 ECG 템플릿을 이용하여 ECG 신호와의 비교를 수행하는 경우에는, ECG 신호의 나머지 구간(도 7b의 792)에 대하여서도 ECG 템플릿을 프로퍼게이션할 수 있다(S709).
상술한 구성과 같이, ECG 신호의 일부 구간에 대하여서만 ECG 템플릿 업데이트를 수행함에 따라서 연산량 및 연산 시간을 효율적으로 감축시킬 수 있는 효과가 창출될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 R-피크 검출 장치의 블록도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, R-피크 검출 장치는 센서부(801), 제어부(802) 및 저장부(803)를 포함할 수 있다.
센서부(801)는, 생체로부터 ECG 신호를 센싱하여 입력받을 수 있다. 여기에서 센서부(801)는 상술한 바와 같이 전극과 같은 형태로 구현될 수 있으며, ECG 신호를 센싱할 수 있는 수단이라면 제한이 없음을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 한편, 센서부(801)와 같이 ECG 신호를 센싱하여 입력받을 수 있는 구성뿐만 아니라, 독립적인 센싱 수단으로부터 ECG 신호를 입력받는 인터페이스로 치환될 수 있음 또한 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
제어부(802)는 입력받은 ECG 신호를, 저장부(803)로부터 독출한 ECG 템플릿과 비교할 수 있다. 제어부(802)는 ECG 신호와 ECG 템플릿간의 유사도를 결정하며, 유사도가 기설정된 임계값 이상인지를 판단할 수 있다. 제어부(802)는 임계값 이상인 경우에 해당하는 구간을 R-피크로 결정할 수 있다. 제어부(802)가 유사도를 결정하며, 임계값 이상인 구간을 R-피크로 결정하는 구성에 대하여서는 상세하게 상술하였기 때문에 여기에서의 더 이상의 설명은 생략하도록 한다. 제어부(802)는 마이크로프로세서, IC 칩, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다.
저장부(803)는 R-피크 검출 장치의 제어 전반에 이용되는 각종 프로그램, 알고리즘 또는 어플리케이션을 저장할 수 있다. 아울러, 저장부(803)는 ECG 신호 템플릿 및 업데이트 과정에서 생성되는 업데이트된 ECG 신호 템플릿을 저장할 수도 있다. 또한 저장부(803)는 임계값에 대한 정보를 입력할 수도 있다. 저장부(803)는, 휘발성 또는 비휘발성 메모리로 구현될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 R-피크 검출 장치의 블록도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, R-피크 검출 장치는 센서부(910), 필터부(920), 제어부(930) 및 저장부(940)를 포함할 수 있다. 제어부(930)는 비교부(931), 세그멘테이션부(932), 적층부(933) 및 평균화부(934)를 포함할 수 있다.
센서부(910)는 ECG 신호를 센싱하거나, 입력받을 수 있다.
필터부(920)는 입력받은 ECG 신호를 필터링하여 노이즈를 제거할 수 있다. 필터부(920)는 하이패스필터, 로우패스필터 및 바이패스필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 필터부(920)는 상술한 각종 필터 단독 또는 그들의 적절한 조합을 통하여 잡음에 해당하는 주파수 대역을 필터링할 수 있다.
비교부(931)는 ECG 신호 및 ECG 템플릿의 유사도를 결정하기 위하여, 양 신호를 비교할 수 있다. 비교부(931)는 바람직하게는 상관도에 기초하여 양 신호를 비교할 수 있다. 아울러, 비교부(931)는 저장부(940)로부터 독출한 기설정된 임계값에 기초하여 R-피크 또는 R-피크 후보를 결정할 수 있다.
세그멘테이션부(932)는 R-피크 후보에 기초하여 세그멘테이션하여 적어도 하나의 세그멘트를 생성할 수 있다.
적층부(933)는 적어도 하나의 세그멘트를 동일한 평면상에 적층할 수 있으며, 평균화부(934)는 동일한 평면상에 적층된 적어도 하나의 세그멘트를 평균화하하여 업데이트된 ECG 템플릿을 생성할 수 있다.
한편 제어부(930)는, ECG 템플릿의 업데이트, 업데이트된 유사도의 결정 및 R-피크 후보의 업데이트를 기설정된 횟수만큼 반복할 수 있다. 제어부(930)가 ECG 템플릿의 업데이트, 업데이트된 유사도의 결정 및 R-피크 후보의 업데이트를 기설정된 횟수만큼 반복하면, R-피크 후보를 상기 R-피크로 결정할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만 제어부(930)는 ECG 신호 중 일부를 비교 대상 구간으로 결정하는 비교 대상 결정부를 추가적으로 포함할 수도 있다. 제어부(930)가 비교 대상 결정부를 포함하는 경우에는, 세그먼테이션부(932)는 비교 대상 구간의 시계열적 데이터를 상기 R-피크 후보를 기준으로 세그멘테이션하여 적어도 하나의 세그멘트를 생성할 수 있다. 아울러, 적층부(933)는 적어도 하나의 세그멘트를 적층할 수 있으며, 평균화부(934)는 적층된 적어도 하나의 세그멘트를 평균화할 수 있다. 아울러, 제어부(930)는 프로퍼게이션(propagation)부를 추가적으로 포함할 수 있으며, 프로퍼게이션부는 평균화된 데이터를 상기 비교 대상 구간 이외의 나머지 구간에 프로퍼게이트(propagate)하여 R-피크를 검출할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. ECG 신호로부터 R-피크(R-peak)를 검출하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법에 있어서,
    ECG 신호를 입력받는 단계;
    기저장된 ECG 템플릿을 독출하는 단계;
    상기 ECG 신호를 상기 ECG 템플릿과 비교하여, 상기 ECG 신호와 상기 ECG 템플릿간의 유사도를 결정하는 단계; 및
    상기 유사도가 기설정된 임계값 이상인지를 판단하며, 상기 임계값 이상인 경우에 해당하는 구간을 R-피크로 결정하는 단계;를 포함하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력받은 ECG 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 ECG 신호와 상기 ECG 템플릿간의 유사도를 결정하는 단계는, 상기 ECG 신호와 상기 ECG 템플릿의 상관도(correlation) 결과값에 기초하여 상기 유사도를 결정하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상관도 결과값은 수학식 1에 의하여 결정되며,
    [수학식 1]
    Figure pat00005

    단, xi는 i번째 ECG 신호의 i번째 시계열적 데이터, yi는 i번째 ECG 템플릿의 시계열적 데이터,
    Figure pat00006
    는 상기 ECG 신호의 시계열적 데이터의 평균,
    Figure pat00007
    는 상기 ECG 템플릿의 시계열적 데이터의 평균, rxy는 상기 상관도 결과값, n은 시계열적 데이터의 개수를 의미하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유사도를 결정하는 단계 이후, 상기 R-피크로 결정하는 단계 이전에,
    상기 임계값 이상인 경우에 해당하는 구간을 R-피크 후보로 결정하는 단계;
    상기 R-피크 후보를 기준으로 상기 ECG 신호를 처리하여 ECG 템플릿을 업데이트하는 단계;
    상기 업데이트된 ECG 템플릿을 상기 ECG 신호와 비교하여 업데이트된 유사도를 결정하는 단계; 및
    상기 업데이트된 유사도를 기초로 R-피크 후보를 업데이트하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 R-피크 후보를 업데이트하는 단계는,
    상기 업데이트된 유사도가 상기 기설정된 값 이상인 경우에 해당하는 구간을 R-피크 후보로 결정하여 업데이트하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 R-피크를 결정하는 단계에서의 상기 ECG 템플릿을 업데이트하는 단계, 상기 업데이트된 유사도를 결정하는 단계 및 상기 R-피크 후보를 업데이트하는 단계를 기설정된 횟수만큼 반복하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 R-피크를 결정하는 단계에서의 상기 ECG 템플릿을 업데이트하는 단계, 상기 업데이트된 유사도를 결정하는 단계 및 상기 R-피크 후보를 업데이트하는 단계를 기설정된 횟수만큼 반복하면, 상기 R-피크 후보를 상기 R-피크로 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 ECG 템플릿을 업데이트하는 단계는,
    상기 ECG 신호의 시계열적 데이터를 상기 R-피크 후보를 기준으로 세그멘테이션하여 적어도 하나의 세그멘트를 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 세그멘트를 적층하는 단계; 및
    상기 적층된 적어도 하나의 세그멘트를 평균화하여 업데이트된 ECG 템플릿을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 ECG 템플릿을 업데이트하는 단계는,
    상기 ECG 신호 중 일부를 비교 대상 구간으로 결정하는 단계;
    상기 비교 대상 구간의 시계열적 데이터를 상기 R-피크 후보를 기준으로 세그멘테이션하여 적어도 하나의 세그멘트를 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 세그멘트를 적층하는 단계;
    상기 적층된 적어도 하나의 세그멘트를 평균화하는 단계; 및
    평균화된 데이터를 상기 비교 대상 구간 이외의 나머지 구간에 프로퍼게이트(propagate)하여 R-피크를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치의 제어 방법.
  11. ECG 신호로부터 R-피크(R-peak)를 검출하는 R-피크 검출 장치에 있어서,
    ECG 신호를 센싱하는 센서부;
    ECG 템플릿을 저장하는 저장부; 및
    상기 ECG 신호를 상기 ECG 템플릿과 비교하여, 상기 ECG 신호와 상기 ECG 템플릿간의 유사도를 결정하며, 상기 유사도가 기설정된 임계값 이상인지를 판단하며, 상기 임계값 이상인 경우에 해당하는 구간을 R-피크로 결정하는 제어부;를 포함하는 R-피크 검출 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 입력받은 ECG 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하는 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 ECG 신호와 상기 ECG 템플릿의 상관도(correlation) 결과값에 기초하여 상기 유사도를 결정하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 상관도 결과값은 수학식 1에 의하여 결정되며,
    [수학식 1]
    Figure pat00008

    단, xi는 i번째 ECG 신호의 i번째 시계열적 데이터, yi는 i번째 ECG 템플릿의 시계열적 데이터,
    Figure pat00009
    는 상기 ECG 신호의 시계열적 데이터의 평균,
    Figure pat00010
    는 상기 ECG 템플릿의 시계열적 데이터의 평균, rxy는 상기 상관도 결과값, n은 시계열적 데이터의 개수를 의미하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 임계값 이상인 경우에 해당하는 구간을 R-피크 후보로 결정하며, 상기 R-피크 후보를 기준으로 상기 ECG 신호를 처리하여 ECG 템플릿을 업데이트하며, 상기 업데이트된 ECG 템플릿을 상기 ECG 신호와 비교하여 업데이트된 유사도를 결정하며, 상기 업데이트된 유사도를 기초로 R-피크 후보를 업데이트하여 상기 저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 업데이트된 유사도가 상기 기설정된 값 이상인 경우에 해당하는 구간을 R-피크 후보로 결정하여 업데이트하여 상기 저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 ECG 템플릿의 업데이트, 상기 업데이트된 유사도의 결정 및 상기 R-피크 후보의 업데이트를 기설정된 횟수만큼 반복하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 ECG 템플릿의 업데이트, 상기 업데이트된 유사도의 결정 및 상기 R-피크 후보의 업데이트를 기설정된 횟수만큼 반복하면, 상기 R-피크 후보를 상기 R-피크로 결정하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 ECG 신호의 시계열적 데이터를 상기 R-피크 후보를 기준으로 세그멘테이션하여 적어도 하나의 세그멘트를 생성하는 세그먼트부;
    상기 적어도 하나의 세그멘트를 적층하는 적층부; 및
    상기 적층된 적어도 하나의 세그멘트를 평균화하여 업데이트된 ECG 템플릿을 생성하는 평균화부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 ECG 신호 중 일부를 비교 대상 구간으로 결정하는 비교 대상 결정부;
    상기 비교 대상 구간의 시계열적 데이터를 상기 R-피크 후보를 기준으로 세그멘테이션하여 적어도 하나의 세그멘트를 생성하는 세그먼테이션부;
    상기 적어도 하나의 세그멘트를 적층하는 적층부;
    상기 적층된 적어도 하나의 세그멘트를 평균화하는 평균화부; 및
    평균화된 데이터를 상기 비교 대상 구간 이외의 나머지 구간에 프로퍼게이트(propagate)하여 R-피크를 결정하는 프로퍼게이션부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 R-피크 검출 장치.

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