KR20230076781A - Apparatus and method of classifying heart disease using mobilenet - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치는 시간 영역의 심전도 신호를 입력받는 입력부와, 웨이블렛 변환을 이용하여 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환하는 웨이블렛 변환부와, 주파수 영역의 심전도 신호를 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류하는 신경망을 포함하며, 상기 신경망은 트레이닝 데이터 세트를 이용하여 학습된 모바일넷(MobileNet)일 수 있다.An apparatus for classifying heart diseases using a mobilenet according to an embodiment of the present invention includes an input unit for receiving an ECG signal in the time domain, and a wavelet transform unit for converting the ECG signal in the time domain into an ECG signal in the frequency domain using wavelet transformation. and a neural network that classifies the electrocardiogram signal in the frequency domain as one of AFIB (Atrial fibrillation), LBBB (Left bundle branch block beat), NSR (Normal sinus rhythm), and PVC (Premature ventricular contraction), wherein the neural network is trained It may be a MobileNet learned using a data set.
Description
본 출원은, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치 및 방법에 관한 것이다.The present application relates to a heart disease classification apparatus and method using a mobile net.
심전도는 전기 신호로 표시되는 심장의 리듬 박동을 나타낸다. 건강한 사람의 심박수는 분당 60 ~ 100 회를 유지한다. 사람이 운동하거나 긴장 혹은 흥분할 때 심장이 더 빨리 뛰게 된다. 이러한 경우 일반적으로 문제가 발생하지 않는다. 그러나 아무 이유없이 심장이 불규칙적으로 뛰면 심장 건강에 문제가 있는 것으로 이러한 증상을 심장질환이라고 한다. 심장질환은 발현 시 어지러움, 실신, 가슴통증, 호흡곤란 등의 증상이 발생하며 심장 마비를 유발할 수 있기 때문에 심장 질환 조기 감지는 매우 중요하다.An electrocardiogram shows the rhythmic beating of the heart represented by electrical signals. A healthy person's heart rate is between 60 and 100 beats per minute. When a person is exercising, tense or excited, the heart beats faster. In this case, there is usually no problem. However, if the heart beats irregularly for no reason, there is a problem with heart health, and these symptoms are called heart disease. Early detection of heart disease is very important because heart disease causes symptoms such as dizziness, fainting, chest pain, and shortness of breath when manifested, and can cause a heart attack.
기존의 심장질환 진단 방법은 주기적으로 병원에 내원하여 주기적으로 체크해야 하는 환자들에게 시간적, 비용적 불편함을 느끼게 한다. 또한 널리 보급되어 있는 스마트워치에서 측정된 심전도는 1분 미만의 짧은 시간에 측정된 데이터로써, 심장 질환을 포함한 심혈관 질환을 사전에 미리 파악하는데 기여를 할 수 없다. 심장 질환 탐지 방법에는 RR 간격을 이용한 심실의 조기 수축 탐지 분석법, 이산 푸리에 변환을 사용한 분석법, 힐버트(Hilbert) 변환에 기반한 분석법이 포함된다. Existing heart disease diagnosis methods cause time and cost inconvenience to patients who need to periodically visit a hospital and check up periodically. In addition, the electrocardiogram measured by the widely available smartwatch is data measured in a short time of less than 1 minute, and cannot contribute to identifying cardiovascular diseases including heart diseases in advance. Cardiac disease detection methods include methods for detecting early ventricular contractions using RR intervals, methods using discrete Fourier transforms, and methods based on Hilbert transforms.
이러한 심장 질환 진단법은 전문가에 의해 수행되어야 하며 심장질환의 조기발견을 위해서는 불규칙적으로 발생하는 방대한 양의 심전도 데이터를 확보해야 한다. 하지만 장시간 심전도를 측정할 경우 많은 양의 데이터를 분석해야 하며 일상생활에서 심전도 측정 시 측정자의 움직임, 신호 간섭 문제 등 정확한 진단에 고려해야 할 요소가 많다. 또한 방대한 크기의 딥러닝 구조로 인한 하드웨어 성능이 문제가 될 수 있다.Such a heart disease diagnosis method must be performed by an expert, and a large amount of irregularly generated electrocardiogram data must be secured for early detection of heart disease. However, when measuring ECG for a long time, a large amount of data must be analyzed, and there are many factors to be considered for accurate diagnosis, such as movement of the measurer and signal interference when measuring ECG in daily life. In addition, hardware performance due to the vast size of the deep learning structure can be an issue.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 방대한 크기의 딥러닝 구조로 인한 하드웨어 성능을 개선할 수 있고, 이를 통해 PC(Personal Computer) 혹은 크기가 큰 디바이스 없이도 스마트폰이나 스마트워치를 이용하여 일상생활에서 주기적으로 심혈관계 건강을 관리할 수 있으며, 충분한 양의 트레이닝 데이터 세트를 확보할 수 있는 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치 및 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to improve hardware performance due to a vast deep learning structure, and through this, it is possible to periodically use a smartphone or smart watch in daily life without a PC (Personal Computer) or a large device. Cardiovascular health can be managed and a heart disease classification device and method using a mobile net capable of securing a sufficient amount of training data set are provided.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 시간 영역의 심전도 신호를 입력받는 입력부; 웨이블렛 변환을 이용하여 상기 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환하는 웨이블렛 변환부; 및 상기 주파수 영역의 심전도 신호를 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류하는 신경망을 포함하며, 상기 신경망은, 트레이닝 데이터 세트를 이용하여 학습된 모바일넷(MobileNet)인, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, an input unit for receiving an electrocardiogram signal in a time domain; a wavelet transform unit converting the electrocardiogram signal in the time domain into an electrocardiogram signal in the frequency domain using wavelet transform; and a neural network that classifies the electrocardiogram signal in the frequency domain as one of AFIB (Atrial fibrillation), LBBB (Left bundle branch block beat), NSR (Normal sinus rhythm), and PVC (Premature ventricular contraction), wherein the neural network, Provided is a heart disease classification device using a mobile net, which is a mobile net learned using a training data set.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 입력부에서, 시간 영역의 심전도 신호를 입력받는 제1 단계; 웨이블렛 변환부에서, 웨이블렛 변환을 이용하여 상기 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환하는 제2 단계; 및 신경망에서, 상기 주파수 영역의 심전도 신호를 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류하는 제3 단계를 포함하며, 상기 신경망은, 트레이닝 데이터 세트를 이용하여 학습된 모바일넷(MobileNet)인, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a first step of receiving an electrocardiogram signal in the time domain from an input unit; a second step of converting the electrocardiogram signal in the time domain into an electrocardiogram signal in the frequency domain by using a wavelet transform in a wavelet transform unit; And a third step of classifying the electrocardiogram signal in the frequency domain into one of AFIB (Atrial fibrillation), LBBB (Left bundle branch block beat), NSR (Normal sinus rhythm), and PVC (Premature ventricular contraction) in a neural network, , The neural network provides a heart disease classification method using MobileNet, which is a MobileNet learned using a training data set.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 상기 방법을 컴퓨터상에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한, 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a computer-readable recording medium on which a program for executing the method on a computer is recorded is provided.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 웨이블렛 변환을 이용하여 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환하고, 모바일넷을 이용하여 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류함으로써, 방대한 크기의 딥러닝 구조로 인한 하드웨어 성능을 개선할 수 있고, 이를 통해 PC(Personal Computer) 혹은 크기가 큰 디바이스 없이도 스마트폰이나 스마트워치를 이용하여 일상생활에서 주기적으로 심혈관계 건강을 관리할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an electrocardiogram signal in the time domain is converted into an electrocardiogram signal in the frequency domain using wavelet transform, and AFIB (Atrial fibrillation), LBBB (Left bundle branch block beat), NSR (Normal sinus rhythm) and PVC (Premature ventricular contraction), it is possible to improve the hardware performance due to the vast size of the deep learning structure, and through this, it is possible to improve the performance of the hardware without a PC (Personal Computer) or a large device. Cardiovascular health can be managed periodically in daily life using a smart watch.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 매칭 펄수트(matching pursuit) 알고리즘을 이용하거나, 또는 시간 영역의 심전도 신호 각각을 회전시킴으로써 데이터 개수를 증가시킴으로써, 충분한 양의 트레이닝 데이터 세트를 확보할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a sufficient amount of training data set can be secured by using a matching pursuit algorithm or by increasing the number of data by rotating each electrocardiogram signal in the time domain. .
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 매칭 펄수트를 이용하여 증가된 데이터를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 웨이블렛 변환된 심전도 신호를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치의 분류 정확도를 12-fold Cross Validation을 이용하여 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치를 전체적으로 또는 부분적으로 구현할 수 있는 컴퓨터 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a heart disease classification apparatus using a mobile net according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating increased data using a matching pulse suit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a wavelet-transformed electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.
4 shows the classification accuracy of the heart disease classification apparatus using mobilenet according to an embodiment of the present invention using 12-fold Cross Validation.
5 is a flowchart illustrating a heart disease classification method using a mobile net according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a computer device capable of fully or partially implementing a heart disease classification device using a mobile net according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 더욱 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited only to the embodiments described below. The shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation, and elements indicated by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a heart disease classification apparatus using a mobile net according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치(100)는 입력부(111), 필터부(112), 웨이블렛 변환부(113), 트레이닝 데이터 생성부(115) 및 신경망(114)을 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the heart
구체적으로, 입력부(111)는 시간 영역의 심전도 신호를 입력받아 필터부(112)로 전달할 수 있다. Specifically, the
필터부(112)는 입력부(111)로부터 전달받은 시간 영역의 심전도 신호를 저역 통과 필터링할 수 있다. 여기서, 저역 통과 필터링의 차단 주파수는 130Hz일 수 있다. 이와 같은 차단 주파수를 가진 필터부(112)를 통해 91.79%의 잡음 보정 효과를 얻을 수 있다.The
한편, 웨이블렛 변환부(113)는 웨이블렛 변환을 이용하여 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환할 수 있다. 변환된 주파수 영역의 심전도 신호는 신경망(114)으로 전달될 수 있다. 도 3에는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 예시적인 웨이블렛 변환된 심전도 신호를 도시하고 있다. Meanwhile, the
이후, 신경망(114)은 주파수 영역의 심전도 신호를 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류할 수 있다.Thereafter, the
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 신경망(114)은 트레이닝 데이터 세트를 이용하여 학습된 모바일 넷(MobileNet)일 수 있다.According to one embodiment of the present invention,
상술한 모바일넷은 딥러닝 모델을 경량화한 것으로, 컴퓨터 성능이 제한되거나 배터리 퍼포먼스가 중요한 곳에서 사용될 목적으로 설계된 CNN(Convolution Neural Network) 구조이다. 이러한 모바일넷은 입력 레이어, 2D 레이어, 정규화 레이어, 맥스 풀링 레이어, 풀리 커넥티드 레이어, 소프트맥스 레이어 등 공지의 레이어들로 구성되어 주파수 영역의 심전도 신호를 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류할 수 있다. 이러한 모바일넷의 내부 구조 및 기능은 널리 알려진 바 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. The above-described mobile net is a lightweight deep learning model, and is a Convolution Neural Network (CNN) structure designed to be used where computer performance is limited or battery performance is important. This mobile net consists of well-known layers such as an input layer, a 2D layer, a normalization layer, a max pooling layer, a fully connected layer, and a softmax layer. block beat), NSR (Normal sinus rhythm), and PVC (Premature ventricular contraction). Since the internal structure and functions of these mobilenets are widely known, a detailed description thereof will be omitted.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 신경망(114)의 학습을 위해 트레이닝 데이터 세트를 생성하는 트레이닝 데이터 생성부(115)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, a training
트레이닝 데이터 생성부(115)는 제1 개수의 시간 영역의 심전도 신호로부터 제2 개수의 시간 영역의 심전도 신호를 생성함으로써, 데이터 개수를 증가시키고, 이후 웨이블렛 변환을 이용하여 제2 개수의 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환할 수 있다. 여기서, 제2 개수는 제1 개수보다 큰 값일 수 있다.The training
신경망(114)의 학습시에는 데이터의 개수가 많을수록 정확도가 향상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 심전도 신호의 개수를 증가시키기 위해, 매칭 펄수트(Matching Pursuit) 알고리즘을 이용하거나 또는 시간 영역의 심전도 신호 각각을 회전시킴으로써, 데이터의 개수를 증가시킬 수 있다. 데이터 개수를 증가시키기 위해 상술한 2가지 방법을 모두 사용할 수도 있음은 물론이다.When learning the
상술한 매칭 펄수트(Matching Pursuit) 알고리즘은 심전도 데이터를 유사하게 복사할 수 있는 알고리즘이다. 이러한 매칭 펄수트(Matching Pursuit) 알고리즘을 이용하여 심전도 데이터를 10배로 늘릴 수 있다. 도 2의 (a) 내지 (f)에는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 매칭 펄수트를 이용하여 증가된 데이터를 도시하고 있다. The aforementioned Matching Pursuit algorithm is an algorithm capable of similarly copying ECG data. Electrocardiogram data can be increased 10 times by using the Matching Pursuit algorithm. 2(a) to (f) show increased data using a matching pulse suit according to an embodiment of the present invention.
또한, 데이터 개수를 증가시키기 위해 시간 영역의 심전도 신호 각각을 회전시킬 수 있으며, 시간 영역의 심전도 신호를 회전시킴으로써 신경망(114)으로 하여금 회전 전의 시간 영역의 심전도 신호와 회전 후의 시간 영역의 심전도 신호를 다른 데이터로 인식시킬 수 있다.In addition, each electrocardiogram signal in the time domain may be rotated to increase the number of data. By rotating the electrocardiogram signal in the time domain, the
상술한 트레이닝 데이터 생성부(115)에서 생성된 트레이닝 데이터 세트에 기초하여 신경망(114)이 학습될 수 있다.The
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치의 분류 정확도를 12겹 교차 검증(12-fold Cross Validation)을 이용하여 나타낸 것이다.Meanwhile, FIG. 4 shows the classification accuracy of a heart disease classification apparatus using a mobile net according to an embodiment of the present invention using 12-fold cross validation.
K겹 교차 검증(K-fold Cross validation)은 데이터를 K개의 그룹으로 나누고, 그룹 중에서 하나를 추출하여 테스트 세트(test set)로 사용하며, 나머지 K-1개의 그룹은 트레이닝 세트(Training set)로 사용한다. K회를 반복하면 각 시험은 하나의 분류 정확도를 얻은 다음 평균 K 결과를 얻어 분류의 최종 성능을 얻는다. 본 발명에서는 12겹 교차 검증을 이용하여 분류 정확도를 측정한 결과 9겹(9-fold)에서 92.65%를 나타냈다.K-fold cross validation divides data into K groups, extracts one of the groups and uses it as a test set, and uses the remaining K-1 groups as a training set. use. Repeat K times, each test achieves one classification accuracy, then average K results to get the final performance of classification. In the present invention, as a result of measuring classification accuracy using 12-fold cross-validation, 9-fold showed 92.65%.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 웨이블렛 변환을 이용하여 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환하고, 모바일넷을 이용하여 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류함으로써, 방대한 크기의 딥러닝 구조로 인한 하드웨어 성능을 개선할 수 있고, PC(Personal Conputer) 혹은 크기가 큰 디바이스 대신 스마트폰이나 스마트워치와 융합하여 일상생활에서 주기적으로 심혈관계 건강을 관리할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, an electrocardiogram signal in the time domain is converted into an electrocardiogram signal in the frequency domain using wavelet transform, and AFIB (Atrial fibrillation) and LBBB (Left bundle branch block beat), NSR (Normal sinus rhythm), and PVC (Premature ventricular contraction), it is possible to improve hardware performance due to a vast deep learning structure, instead of a PC (Personal Computer) or a large device. By converging with a smartphone or smart watch, you can manage your cardiovascular health periodically in your daily life.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 매칭 펄수트(matching pursuit) 알고리즘을 이용하거나, 또는 시간 영역의 심전도 신호 각각을 회전시킴으로써 데이터 개수를 증가시킴으로써, 충분한 양의 트레이닝 데이터 세트를 확보할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a sufficient amount of training data set can be secured by using a matching pursuit algorithm or by increasing the number of data by rotating each electrocardiogram signal in the time domain. .
마지막으로, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 방법을 설명하는 흐름도이다.Finally, FIG. 5 is a flowchart illustrating a heart disease classification method using a mobile net according to an embodiment of the present invention.
이하 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 방법을 상세하게 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위해 도 1 내지 도 4에서 설명된 사항과 중복된 부분에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, a heart disease classification method using a mobilenet according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5 . However, for simplicity of the invention, descriptions of overlapping parts with those described in FIGS. 1 to 4 will be omitted.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 방법은, 입력부(111)에서 시간 영역의 심전도 신호를 입력받는 단계에 의해 시작될 수 있다(S501).The heart disease classification method using mobilenet according to an embodiment of the present invention may be started by receiving an electrocardiogram signal in the time domain from the input unit 111 (S501).
발명의 실시 형태에 따르면, 시간 영역의 심전도 신호를 저역 통과 필터링될 수 있으며, 저역 통과 필터링의 차단 주파수는 130Hz일 수 있음은 상술한 바와 같다.According to an embodiment of the present invention, as described above, the electrocardiogram signal in the time domain may be low-pass filtered, and the cut-off frequency of the low-pass filtering may be 130 Hz.
다음, 웨이블렛 변환부(113)는 웨이블렛 변환을 이용하여 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환할 수 있다(S502). 변환된 주파수 영역의 심전도 신호는 신경망(114)으로 전달될 수 있다. Next, the
이후, 신경망(114)은 주파수 영역의 심전도 신호를 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류할 수 있다(S503).Thereafter, the
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 신경망(114)은 트레이닝 데이터 세트를 이용하여 학습된 모바일 넷(MobileNet)일 수 있다.According to one embodiment of the present invention,
상술한 모바일넷은 딥러닝 모델을 경량화한 것으로, 컴퓨터 성능이 제한되거나 배터리 퍼포먼스가 중요한 곳에서 사용될 목적으로 설계된 CNN(Convolution Neural Network) 구조이다. 이러한 모바일넷은 입력 레이어, 2D 레이어, 정규화 레이어, 맥스 풀링 레이어, 풀리 커넥티드 레이어, 소프트맥스 레이어 등 공지의 레이어들로 구성되어 주파수 영역의 심전도 신호를 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류할 수 있음은 상술한 바와 같다.The above-described mobile net is a lightweight deep learning model, and is a Convolution Neural Network (CNN) structure designed to be used where computer performance is limited or battery performance is important. This mobile net consists of well-known layers such as an input layer, a 2D layer, a normalization layer, a max pooling layer, a fully connected layer, and a softmax layer. block beat), NSR (Normal sinus rhythm), and PVC (Premature ventricular contraction) can be classified as described above.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 신경망(114)의 학습을 위해 트레이닝 데이터 세트를 생성하는 트레이닝 데이터 생성부(115)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, a training
트레이닝 데이터 생성부(115)는 제1 개수의 시간 영역의 심전도 신호로부터 제2 개수의 시간 영역의 심전도 신호를 생성함으로써, 데이터 개수를 증가시키고, 이후 웨이블렛 변환을 이용하여 제2 개수의 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환할 수 있다. 여기서, 제2 개수는 제1 개수보다 큰 값일 수 있다.The training
신경망(114)의 학습시에는 데이터의 개수가 많을수록 정확도가 향상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 심전도 신호의 개수를 증가시키기 위해, 매칭 펄수트(Matching Pursuit) 알고리즘을 이용하거나 또는 시간 영역의 심전도 신호 각각을 회전시킴으로써, 데이터의 개수를 증가시킬 수 있다. 데이터 개수를 증가시키기 위해 상술한 2가지 방법을 모두 사용할 수도 있음은 물론이다.When learning the
상술한 매칭 펄수트(Matching Pursuit) 알고리즘은 심전도 데이터를 유사하게 복사할 수 있는 알고리즘이다. 이러한 매칭 펄수트(Matching Pursuit) 알고리즘을 이용하여 심전도 데이터를 10배로 늘릴 수 있다. 도 2의 (a) 내지 (f)에는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 매칭 펄수트를 이용하여 증가된 데이터를 도시하고 있다. The aforementioned Matching Pursuit algorithm is an algorithm capable of similarly copying ECG data. Electrocardiogram data can be increased 10 times by using the Matching Pursuit algorithm. 2(a) to (f) show increased data using a matching pulse suit according to an embodiment of the present invention.
또한, 데이터 개수를 증가시키기 위해 시간 영역의 심전도 신호 각각을 회전시킬 수 있으며, 시간 영역의 심전도 신호를 회전시킴으로써 신경망(114)으로 하여금 회전 전의 시간 영역의 심전도 신호와 회전 후의 시간 영역의 심전도 신호를 다른 데이터로 인식시킬 수 있다.In addition, each electrocardiogram signal in the time domain may be rotated to increase the number of data. By rotating the electrocardiogram signal in the time domain, the
상술한 트레이닝 데이터 생성부(115)에서 생성된 트레이닝 데이터 세트에 기초하여 신경망(114)이 학습될 수 있다.The
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 웨이블렛 변환을 이용하여 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환하고, 모바일넷을 이용하여 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류함으로써, 방대한 크기의 딥러닝 구조로 인한 하드웨어 성능을 개선할 수 있고, PC(Personal Conputer) 혹은 크기가 큰 디바이스 대신 스마트폰이나 스마트워치와 융합하여 일상생활에서 주기적으로 심혈관계 건강을 관리할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, an electrocardiogram signal in the time domain is converted into an electrocardiogram signal in the frequency domain using wavelet transform, and AFIB (Atrial fibrillation) and LBBB (Left bundle branch block beat), NSR (Normal sinus rhythm), and PVC (Premature ventricular contraction), it is possible to improve hardware performance due to a vast deep learning structure, instead of a PC (Personal Computer) or a large device. By converging with a smartphone or smart watch, you can manage your cardiovascular health periodically in your daily life.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 매칭 펄수트(matching pursuit) 알고리즘을 이용하거나, 또는 시간 영역의 심전도 신호 각각을 회전시킴으로써 데이터 개수를 증가시킴으로써, 충분한 양의 트레이닝 데이터 세트를 확보할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a sufficient amount of training data set can be secured by using a matching pursuit algorithm or by increasing the number of data by rotating each electrocardiogram signal in the time domain. .
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치를 전체적으로 또는 부분적으로 구현할 수 있는 컴퓨터 장치의 블록도로, 도 1에 도시된 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치(100)에 적용될 수 있다.Meanwhile, FIG. 6 is a block diagram of a computer device capable of fully or partially implementing a heart disease classification device using a mobile net according to an embodiment of the present invention. The heart
도 6에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 장치(600)는 입력 인터페이스(601), 출력 인터페이스(602), 프로세서(604) 및 메모리(605)를 포함하며, 입력 인터페이스(601), 출력 인터페이스(602), 프로세서(604) 및 메모리(605)는 시스템 버스(603)를 통해 상호 연결될 수 있다.As shown in FIG. 6, the
본 발명의 실시예에 있어서, 메모리(605)는 프로그램, 명령어 또는 코드를 저장하는데 사용되며, 프로세서(604)는 메모리(605)에 저장된 프로그램, 명령어 또는 코드를 수행하고, 입력 인터페이스(601)를 제어하여 신호를 수신하고, 출력 인터페이스(602)를 제어하여 신호를 송신할 수 있다. 상술한 메모리(605)는 읽기 전용 메모리 및 랜덤 액세스 메모리를 포함할 수 있고, 프로세서(604)에 명령어와 데이터를 제공할 수 있다.In an embodiment of the invention, the
본 발명의 실시예에 있어서, 프로세서(604)는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU)일 수 있고, 다른 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor, DSP), 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA) 또는 다른 프로그래머블 논리 디바이스, 개별 게이트 또는 트랜지스터 논리 디바이스, 개별 하드웨어 구성 요소 등일 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 범용 프로세서는 마이크로 프로세서일 수 있거나, 또는 해당 프로세서는 임의의 종래의 프로세서 등일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the
일 구현 과정에 있어서, 도 1의 각 장치에서 수행되는 방법은 프로세서(604) 내의 하드웨어의 통합 논리 회로 또는 소프트웨어 형태의 명령어에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 관련하여 개시되는 방법의 내용은 하드웨어 프로세서에 의해 수행되어 완료되거나, 또는 프로세서의 하드웨어 및 소프트웨어 모듈의 조합에 의해 수행되어 완료되도록 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 랜덤 액세스 메모리, 플래시 메모리, 읽기 전용 메모리, 프로그래머블 읽기 전용 메모리 또는 전기적 소거 가능한 프로그래머블 메모리, 레지스터 등의 메모리에 저장될 수 있으며, 프로세서(604)는 메모리(605)의 정보를 판독하고, 하드웨어와 결합하여 상술한 방법의 내용을 구현한다.In an implementation process, the method performed in each device of FIG. 1 may be achieved by an integrated logic circuit of hardware in the
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and accompanying drawings. It is intended to limit the scope of rights by the appended claims, and it is to those skilled in the art that various forms of substitution, modification and change can be made without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be self-explanatory.
100: 심장 질병 분류 장치
111: 입력부
112: 필터부
113: 웨이블렛 변환부
114: 트레이닝 데이터 생성부
115: 신경망(모바일넷)100: heart disease classification device
111: input unit
112: filter unit
113: wavelet transform unit
114: training data generating unit
115: neural network (mobilenet)
Claims (10)
웨이블렛 변환을 이용하여 상기 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환하는 웨이블렛 변환부; 및
상기 주파수 영역의 심전도 신호를 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류하는 신경망을 포함하며,
상기 신경망은, 트레이닝 데이터 세트를 이용하여 학습된 모바일넷(MobileNet)인, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치.
an input unit for receiving an electrocardiogram signal in the time domain;
a wavelet transform unit converting the electrocardiogram signal in the time domain into an electrocardiogram signal in the frequency domain using wavelet transform; and
A neural network that classifies the electrocardiogram signal in the frequency domain as one of Atrial fibrillation (AFIB), Left bundle branch block beat (LBBB), Normal sinus rhythm (NSR), and Premature ventricular contraction (PVC),
The neural network is a mobile net (MobileNet) learned using a training data set, a heart disease classification device using a mobile net.
상기 심장 질병 분류 장치는,
상기 시간 영역의 심전도 신호를 저역 통과 필터링하는 필터부를 더 포함하며,
상기 저역 통과 필터링의 차단 주파수는 130Hz인, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치.
According to claim 1,
The heart disease classification device,
Further comprising a filter unit for low-pass filtering the electrocardiogram signal in the time domain;
The cut-off frequency of the low-pass filtering is 130 Hz, a heart disease classification device using a mobile net.
상기 심장 질병 분류 장치는,
상기 트레이닝 데이터 세트를 생성하는 트레인닝 데이터 세트 생성부를 더 포함하며,
상기 모바일넷은, 상기 트레이닝 데이터 세트를 이용하여 학습을 수행하는, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치.
According to claim 1,
The heart disease classification device,
Further comprising a training data set generating unit for generating the training data set,
The mobile net performs learning using the training data set, a heart disease classification apparatus using a mobile net.
상기 트레인닝 데이터 세트 생성부는,
제1 개수의 시간 영역의 심전도 신호로부터 제2 개수 - 상기 제2 개수는 상기 제1 개수보다 큼 - 의 시간 영역의 심전도 신호를 생성함으로써, 데이터 개수를 증가시키고,
웨이블렛 변환을 이용하여 상기 제2 개수의 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환하는, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치.
According to claim 3,
The training data set generating unit,
Increasing the number of data by generating a second number of electrocardiogram signals in the time domain, the second number being greater than the first number, from the first number of electrocardiogram signals in the time domain;
A heart disease classification apparatus using a mobile net for converting the second number of electrocardiogram signals in the time domain into electrocardiogram signals in the frequency domain using wavelet transform.
상기 트레인닝 데이터 세트 생성부는,
매칭 펄수트(matching pursuit) 알고리즘을 이용하거나, 또는 상기 제1 개수의 시간 영역의 심전도 신호 각각을 회전시킴으로써 데이터 개수를 증가시키는, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 장치.
According to claim 4,
The training data set generating unit,
A heart disease classification apparatus using a mobile net, which increases the number of data by using a matching pursuit algorithm or by rotating each of the electrocardiogram signals in the first number of time domains.
웨이블렛 변환부에서, 웨이블렛 변환을 이용하여 상기 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환하는 제2 단계; 및
신경망에서, 상기 주파수 영역의 심전도 신호를 AFIB(Atrial fibrillation), LBBB(Left bundle branch block beat), NSR(Normal sinus rhythm) 및 PVC(Premature ventricular contraction) 중 어느 하나로 분류하는 제3 단계를 포함하며,
상기 신경망은, 트레이닝 데이터 세트를 이용하여 학습된 모바일넷(MobileNet)인, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 방법.
A first step of receiving an electrocardiogram signal in the time domain from an input unit;
a second step of converting the electrocardiogram signal in the time domain into an electrocardiogram signal in the frequency domain by using a wavelet transform in a wavelet transform unit; and
In a neural network, a third step of classifying the electrocardiogram signal in the frequency domain as one of AFIB (Atrial fibrillation), LBBB (Left bundle branch block beat), NSR (Normal sinus rhythm), and PVC (Premature ventricular contraction),
The neural network is a mobile net learned using a training data set, a heart disease classification method using a mobile net.
상기 심장 질병 분류 방법은,
필터부에서, 상기 시간 영역의 심전도 신호를 저역 통과 필터링하는 단계를 더 포함하며,
상기 저역 통과 필터링의 차단 주파수는 130Hz인, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 방법.
According to claim 6,
The heart disease classification method,
A filter unit further comprising low-pass filtering the electrocardiogram signal in the time domain;
The cut-off frequency of the low-pass filtering is 130 Hz, a heart disease classification method using a mobile net.
상기 심장 질병 분류 방법은,
트레인닝 데이터 세트 생성부에서, 상기 트레이닝 데이터 세트를 생성하는 단계; 및
상기 모바일넷에서, 상기 트레이닝 데이터 세트를 이용하여 학습을 수행하는 단계를 포함하는, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 방법.
According to claim 6,
The heart disease classification method,
generating the training data set in a training data set generator; and
A heart disease classification method using the mobile net, comprising the step of performing learning using the training data set in the mobile net.
상기 트레이닝 데이터 세트를 생성하는 단계는,
제1 개수의 시간 영역의 심전도 신호로부터 제2 개수 - 상기 제2 개수는 상기 제1 개수보다 큼 - 의 시간 영역의 심전도 신호를 생성함으로써, 데이터 개수를 증가시키는 단계; 및
웨이블렛 변환을 이용하여 상기 제2 개수의 시간 영역의 심전도 신호를 주파수 영역의 심전도 신호로 변환하는 단계를 포함하는, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 방법.
According to claim 8,
The step of generating the training data set,
increasing the number of data by generating a second number of electrocardiogram signals in the time domain, wherein the second number is greater than the first number, from the first number of electrocardiogram signals in the time domain; and
and converting the second number of electrocardiogram signals in the time domain into electrocardiogram signals in the frequency domain using wavelet transform.
상기 데이터 개수를 증가시키는 단계는,
매칭 펄수트(matching pursuit) 알고리즘을 이용하거나, 또는 상기 제1 개수의 시간 영역의 심전도 신호 각각을 회전시킴으로써 데이터 개수를 증가시키는 단계를 포함하는, 모바일넷을 이용한 심장 질병 분류 방법.According to claim 9,
In the step of increasing the number of data,
A heart disease classification method using a mobile net, comprising increasing the number of data by using a matching pursuit algorithm or by rotating each of the electrocardiogram signals in the first number of time domains.
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---|---|---|---|
PCT/KR2022/018722 WO2023096372A1 (en) | 2021-11-24 | 2022-11-24 | Apparatus and method for classifying heart disease using mobilenet |
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KR1020220157248A KR20230076781A (en) | 2021-11-24 | 2022-11-22 | Apparatus and method of classifying heart disease using mobilenet |
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Citations (1)
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---|---|---|---|---|
KR20080038512A (en) | 2006-10-30 | 2008-05-07 | 현대자동차주식회사 | System for providing driver's stress index using ecg |
-
2022
- 2022-11-22 KR KR1020220157248A patent/KR20230076781A/en unknown
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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