KR20230099195A - An apparatus and method for predicting heart disease based on deep learning models using ECG data and body information - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치는 환자의 제1 심전도 데이터 및 제1 신체 정보를 획득하는 획득부; 및 상기 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터로 생성하고, 상기 제1 신체 정보를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성하고, 제1 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터로부터 상기 환자에게 심장 질환이 발병할 제1 발병 확률 정보를 생성하고, 제2 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보로부터 상기 환자에게 심장 질환이 발병할 제2 발병 확률 정보를 생성하고, 상기 제1 발병 확률 정보 및 상기 제2 발병 확률 정보를 통합하여 통합 발병 확률 정보를 생성하는 프로세서;를 포함할 수 있다.An apparatus for predicting the onset of heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to the present invention includes an acquisition unit acquiring first electrocardiogram data and first body information of a patient; and augmenting the first electrocardiogram data to generate second electrocardiogram data, pre-processing the first body information to generate second body information, and using a first deep learning model to generate second electrocardiogram data from the second electrocardiogram data to the patient. generating first incidence probability information of heart disease, and generating second incidence probability information of heart disease in the patient from the second electrocardiogram data and the second body information using a second deep learning model; , a processor generating integrated onset probability information by integrating the first onset probability information and the second onset probability information.

Description

심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치 및 방법{An apparatus and method for predicting heart disease based on deep learning models using ECG data and body information}An apparatus and method for predicting heart disease based on deep learning models using ECG data and body information}

본 발명은 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델로 구성된 제1 딥러닝 모델로부터 생성되는 제1 발병 확률 정보와 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈을 이용하여 구성된 제2 딥러닝 모델로부터 생성되는 제2 확률 정보를 통합하여 심장 질환의 통합 발병 확률을 산출하는 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for predicting the onset of heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information, and more particularly, to a first onset generated from a first deep learning model composed of a convolutional neural network model to which a residual block is applied. Heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information that calculates an integrated probability of heart disease by integrating the probability information and the second probability information generated from the second deep learning model constructed using the deep learning model configuration automation module. It relates to an onset prediction device and method.

부정맥은 심장 내 전기 신호 생성이나 전달에 이상이 생기거나, 혹은 비정상적인 전기 신호가 발생할 경우 정상적이고 규칙적인 수축이 계속되지 못하여 심장박동이 불규칙해진 상태를 의미한다.Arrhythmia refers to a state in which the heartbeat becomes irregular because normal and regular contraction is not continued when there is an abnormality in electrical signal generation or transmission in the heart, or when an abnormal electrical signal occurs.

부정맥 중 심방세동은 가장 흔한 부정맥으로써, 고령화가 가속화됨으로써 전 세계적으로 유병률이 증가하고 있으며, 국내에서도 증가하는 추세이다.Among arrhythmias, atrial fibrillation is the most common arrhythmia, and its prevalence is increasing worldwide as the aging population accelerates, and it is also increasing in Korea.

이러한, 부정맥은 뇌졸중, 심부전 등과 같은 심혈관 질환의 발생을 증가시키므로 조기 진단을 통한 치료 및 관리가 매우 중요하다.Since such arrhythmia increases the occurrence of cardiovascular diseases such as stroke and heart failure, treatment and management through early diagnosis are very important.

이를 위해, 심전도를 기초로 하여 조기에 심혈관 질환을 진단해야 한다. 심전도는 심장의 박동에 따라 심근에서 발생되는 활동 전류를 전류계로 기록한 신호로서, 리드를 환자에게 부착하여 측정되며, 순환계 질환의 진단에 널리 이용되고 있을 뿐만 아니라, 검사가 간단하고 쉽게 반복 가능하여 임상에서도 널리 이용되고 있다.To this end, it is necessary to diagnose cardiovascular disease at an early stage based on an electrocardiogram. Electrocardiogram is a signal that records the active current generated in the myocardium according to the heartbeat with an ammeter. It is measured by attaching a lead to the patient. is also widely used.

구체적으로, 진단에 사용되는 심전도는 12-리드 심전도로, 12개의 리드를 이용하여 획득되는 심전도이다. V1, V2, V3, V4, V5, V6를 흉부유도, 사지 말단부에 붙이는 Lead 1, 2, 3, aVR, aVL, avF를 사지유도라고 하며, Lead 1, 2, 3을 표준 유도라 한다. 심전도의 파형을 살펴보면, P파, QRS complex파, T파로 구성되고, P파는 심방의 탈분극 과정을 나타내고, QRS complex파는 심실의 탈분극 과정을 나타내며, T파는 심실 재분극화를 나타낸다.Specifically, the electrocardiogram used for diagnosis is a 12-lead electrocardiogram, which is obtained using 12 leads. Leads 1, 2, 3, aVR, aVL, and avF attached to the extremities of the limbs are called limb induction, and Leads 1, 2, and 3 are called standard induction. Looking at the waveform of an electrocardiogram, it consists of P wave, QRS complex wave, and T wave. P wave represents atrial depolarization process, QRS complex wave represents ventricular depolarization process, and T wave represents ventricular repolarization.

최근에는 이러한 심전도를 웨어러블 기기로 모니터링 가능해지고 있으며, 웨어러블 기기로 측정된 심전도를 바탕으로 특징을 추출하는 기술이 개발되고 있다.Recently, it has become possible to monitor such an electrocardiogram with a wearable device, and a technology for extracting features based on the electrocardiogram measured with the wearable device is being developed.

하지만, 웨어러블 기기로 측정된 심전도의 정보가 빈약하고 정확성이 낮아, 웨어러블 기기로 측정된 심전도를 그대로 사용하는 경우, 모니터링 및 특징 추출의 정확성이 감소하는 문제점이 있다.However, since the information of the electrocardiogram measured by the wearable device is poor and the accuracy is low, when the electrocardiogram measured by the wearable device is used as it is, there is a problem in that the accuracy of monitoring and feature extraction is reduced.

한국공개특허 제10-2020-0041697호Korean Patent Publication No. 10-2020-0041697

본 발명은 잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델로 구성된 제1 딥러닝 모델로부터 생성되는 제1 발병 확률 정보와 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈을 이용하여 구성된 제2 딥러닝 모델로부터 생성되는 제2 확률 정보를 통합하여 심장 질환의 통합 발병 확률을 산출할 수 있는 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치 및 방법을 제공하고자 한다. The present invention provides first onset probability information generated from a first deep learning model composed of a convolutional neural network model to which a residual block is applied and second probability information generated from a second deep learning model constructed using a deep learning model configuration automation module. It is intended to provide an apparatus and method for predicting the onset of heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information capable of integrating and calculating the combined onset probability of heart disease.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned above can be understood by the following description and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by means of the instrumentalities and combinations indicated in the claims.

본 발명에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치는 환자의 제1 심전도 데이터 및 제1 신체 정보를 획득하는 획득부; 및 상기 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터로 생성하고, 상기 제1 신체 정보를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성하고, 제1 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터로부터 상기 환자에게 심장 질환이 발병할 제1 발병 확률 정보를 생성하고, 제2 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보로부터 상기 환자에게 심장 질환이 발병할 제2 발병 확률 정보를 생성하고, 상기 제1 발병 확률 정보 및 상기 제2 발병 확률 정보를 통합하여 통합 발병 확률 정보를 생성하는 프로세서;를 포함할 수 있다.An apparatus for predicting the onset of heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to the present invention includes an acquisition unit acquiring first electrocardiogram data and first body information of a patient; and augmenting the first electrocardiogram data to generate second electrocardiogram data, pre-processing the first body information to generate second body information, and using a first deep learning model to generate second electrocardiogram data from the second electrocardiogram data to the patient. generating first incidence probability information of heart disease, and generating second incidence probability information of heart disease in the patient from the second electrocardiogram data and the second body information using a second deep learning model; , a processor generating integrated onset probability information by integrating the first onset probability information and the second onset probability information.

바람직하게, 상기 프로세서는 심전도 데이터의 측정 리드의 개수가 미리 설정된 개수가 되도록 상기 제1 심전도 데이터를 증강시켜 상기 제2 심전도 데이터를 생성하는 데이터 증강부;를 포함할 수 있다.Preferably, the processor may include a data enhancer configured to generate the second electrocardiogram data by augmenting the first electrocardiogram data so that the number of measurement leads of the electrocardiogram data is a preset number.

바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제1 신체 정보에 기초하여 신체 지수를 산출하고, 상기 제1 신체 정보 및 상기 신체 지수가 상기 제2 딥러닝 모델에 입력될 수 있도록 상기 제1 신체 정보 및 상기 신체 지수를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성하는 신체 정보 처리부;를 포함할 수 있다.Preferably, the processor calculates a body index based on the first body information, and the first body information and the body index are input to the second deep learning model. may include a body information processing unit that preprocesses and generates second body information.

바람직하게, 상기 프로세서는 잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델로 구성된 상기 제1 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터로부터 상기 제1 발병 확률 정보를 생성하는 제1 예측부;를 포함할 수 있다.Preferably, the processor may include a first predictor configured to generate the first onset probability information from the second electrocardiogram data by using the first deep learning model composed of a convolutional neural network model to which a residual block is applied. .

바람직하게, 상기 제1 예측부는 상기 제1 발병 확률 정보가 생성되는데 영향을 미친 인자를 나타내는 영향 인자 정보를 어텐션 모듈을 이용하여 생성할 수 있다.Preferably, the first predictor may generate influencing factor information indicating a factor influencing generation of the first onset probability information by using an attention module.

바람직하게, 상기 프로세서는 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보에 대응하여 임의의 세부 딥러닝 모델을 선택하고 상기 선택된 세부 딥러닝 모델로 상기 제2 딥러닝 모델을 구성하는 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈을 이용하여 상기 제2 딥러닝 모델을 구성하고, 상기 제2 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보로부터 제2 발병 확률 정보를 생성하는 제2 예측부;를 포함할 수 있다.Preferably, the processor selects an arbitrary detailed deep learning model corresponding to the second electrocardiogram data and the second body information, and configures the second deep learning model with the selected detailed deep learning model. A second prediction unit configured to construct the second deep learning model using modules and to generate second onset probability information from the second electrocardiogram data and the second body information using the second deep learning model; can do.

바람직하게, 상기 프로세서는 상기 통합 발병 확률 정보를 최대가 되도록 하는 심장 질환 종류 정보를 확인하고, 상기 확인된 심장 질환 종류 정보에 대응되는 상기 통합 발병 확률 정보가 미리 설정된 기준 확률을 초과하면 상기 확인된 심장 질환 종류 정보를 발병이 예측되는 발병 예측 심장 질환 종류 정보로 생성하는 예측결과 통합부;를 포함할 수 있다.Preferably, the processor checks heart disease type information that maximizes the combined incidence probability information, and if the combined incidence probability information corresponding to the identified heart disease type information exceeds a preset reference probability, the processor determines the identified heart disease type information. It may include; a prediction result integrator for generating heart disease type information into incidence prediction heart disease type information in which onset is predicted.

본 발명에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 방법은 획득부가 환자의 제1 심전도 데이터 및 제1 신체 정보를 획득하는 단계; 프로세서가 상기 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터로 생성하는 단계; 상기 프로세서가 상기 제1 신체 정보를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성하는 단계; 상기 프로세서가 제1 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터로부터 상기 환자에게 심장 질환이 발병할 제1 발병 확률 정보를 생성하는 단계; 상기 프로세서가 제2 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보로부터 상기 환자에게 심장 질환이 발병할 제2 발병 확률 정보를 생성하는 단계; 및 상기 프로세서가 상기 제1 발병 확률 정보 및 상기 제2 발병 확률 정보를 통합하여 최종 발병 확률 정보를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.A heart disease prediction method based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to the present invention includes the steps of acquiring, by an acquisition unit, first electrocardiogram data and first body information of a patient; generating, by a processor, second electrocardiogram data by augmenting the first electrocardiogram data; generating, by the processor, second body information by pre-processing the first body information; generating, by the processor, first onset probability information of a heart disease occurring in the patient from the second electrocardiogram data by using a first deep learning model; generating, by the processor, second onset probability information for the onset of a heart disease in the patient from the second electrocardiogram data and the second body information by using a second deep learning model; and generating, by the processor, final outbreak probability information by integrating the first outbreak probability information and the second outbreak probability information.

바람직하게, 상기 본 발명에 따른 방법은 상기 프로세서의 데이터 증강부가 심전도 데이터의 측정 리드의 개수가 미리 설정된 개수가 되도록 상기 제1 심전도 데이터를 증강시켜 상기 제2 심전도 데이터를 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the method according to the present invention further comprises generating the second electrocardiogram data by augmenting the first electrocardiogram data so that the number of measurement leads of the electrocardiogram data is a preset number by the data augmentation unit of the processor. can do.

바람직하게, 상기 본 발명에 따른 방법은 상기 프로세서의 신체정보 처리부가 상기 제1 신체 정보에 기초하여 신체 지수를 산출하고, 상기 제1 신체 정보 및 상기 신체 지수가 상기 제2 딥러닝 모델에 입력될 수 있도록 상기 제1 신체 정보 및 상기 신체 지수를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Preferably, in the method according to the present invention, the body information processing unit of the processor calculates a body index based on the first body information, and the first body information and the body index are input to the second deep learning model. The method may further include generating second body information by pre-processing the first body information and the body index so as to be

바람직하게, 상기 본 발명에 따른 방법은 상기 프로세서의 제1 예측부가 잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델로 구성된 상기 제1 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터로부터 상기 제1 발병 확률 정보를 생성하는 단계; 및 상기 제1 예측부가 상기 제1 발병 확률 정보가 생성되는데 영향을 미친 인자를 나타내는 영향 인자 정보를 어텐션 모듈을 이용하여 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Preferably, in the method according to the present invention, the first prediction unit of the processor generates the first onset probability information from the second electrocardiogram data by using the first deep learning model composed of a convolutional neural network model to which a residual block is applied. doing; and generating, by the first prediction unit, influencing factor information indicating a factor influencing generation of the first onset probability information by using an attention module.

바람직하게, 상기 본 발명에 따른 방법은 상기 프로세서의 제2 예측부가 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보에 대응하여 임의의 세부 딥러닝 모델을 선택하고 상기 선택된 세부 딥러닝 모델로 상기 제2 딥러닝 모델을 구성하는 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈을 이용하여 상기 제2 딥러닝 모델을 구성하는 단계; 및 상기 프로세서의 제2 예측부가 상기 제2 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보로부터 제2 발병 확률 정보를 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Preferably, in the method according to the present invention, the second prediction unit of the processor selects an arbitrary detailed deep learning model corresponding to the second electrocardiogram data and the second body information, and uses the selected detailed deep learning model as the second prediction unit. configuring the second deep learning model using a deep learning model configuration automation module constituting the deep learning model; and generating second onset probability information from the second electrocardiogram data and the second body information by using the second deep learning model by a second prediction unit of the processor.

바람직하게, 상기 본 발명에 따른 방법은 상기 프로세서의 예측결과 통합부가 상기 통합 발병 확률 정보를 최대가 되도록 하는 심장 질환 종류 정보를 확인하고, 상기 확인된 심장 질환 종류 정보에 대응되는 상기 통합 발병 확률 정보가 미리 설정된 기준 확률을 초과하면 상기 확인된 심장 질환 종류 정보를 발병이 예측되는 발병 예측 심장 질환 종류 정보로 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Preferably, in the method according to the present invention, the predictive result integration unit of the processor checks heart disease type information that maximizes the combined incidence probability information, and the combined incidence probability information corresponding to the identified heart disease type information. The method may further include generating the confirmed heart disease type information as incidence prediction heart disease type information in which onset is predicted when the probability exceeds a preset reference probability.

본 발명에 따르면, 잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델로 구성된 제1 딥러닝 모델로부터 생성되는 제1 발병 확률 정보와 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈을 이용하여 구성된 제2 딥러닝 모델로부터 생성되는 제2 확률 정보를 통합하여 심장 질환의 통합 발병 확률을 산출함으로써, 예측되는 발병 확률의 정확성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, first incidence probability information generated from a first deep learning model composed of a convolutional neural network model to which a residual block is applied and second probability generated from a second deep learning model constructed using a deep learning model configuration automation module By integrating the information to calculate the combined incidence probability of heart disease, it is possible to improve the accuracy of the predicted incidence probability.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치와 측정 장치의 연결 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치에 포함된 측정 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치의 프로세서의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치가 이용하는 잔차 블록을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치가 이용하는 어텐션 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치가 이용하는 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치와 측정 방법의 순서도이다.
1 is a diagram illustrating a connection configuration between a device for predicting the onset of heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to an embodiment of the present invention and a measuring device.
FIG. 2 is a diagram showing the internal configuration of a measuring device included in an apparatus for predicting heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the internal configuration of a processor of an apparatus for predicting heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a residual block used by an apparatus for predicting heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining an attention module used by an apparatus for predicting heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a deep learning model configuration automation module used by an apparatus for predicting heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to an embodiment of the present invention.
7 is a flow chart of an apparatus for predicting the onset of heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information and a measurement method according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to the specific embodiments, and includes various modifications, equivalents, and/or alternatives of the embodiments of the present invention. In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like elements.

본 문서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다. In this document, expressions such as "has", "may have", "includes", or "may include" refer to the presence of a corresponding feature (eg, numerical value, function, operation, or component such as a part). , which does not preclude the existence of additional features.

본 문서에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다. In this document, expressions such as "A or B", "at least one of A and/and B", or "one or more of A or/and B" may include all possible combinations of the items listed together. . For example, "A or B", "at least one of A and B", or "at least one of A or B" includes (1) at least one A, (2) at least one B, Or (3) may refer to all cases including at least one A and at least one B.

본 문서에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.Expressions such as "first", "second", "first", or "second" as used herein may modify various elements, in any order and/or importance, and may refer to one element as another. It is used to distinguish from components, but does not limit the components. For example, a first user device and a second user device may represent different user devices regardless of order or importance. For example, without departing from the scope of rights described in this document, a first element may be called a second element, and similarly, the second element may also be renamed to the first element.

어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. A component (e.g., a first component) is "(operatively or communicatively) coupled with/to" another component (e.g., a second component); When referred to as "connected to", it should be understood that the certain component may be directly connected to the other component or connected through another component (eg, a third component). On the other hand, when an element (eg, a first element) is referred to as being “directly connected” or “directly connected” to another element (eg, a second element), the element and the above It may be understood that other components (eg, third components) do not exist between the other components.

본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성(또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 ~부" 또는 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 ~모듈"은 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서, MCU), 또는 메모리에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(general-purpose processor)(예: CPU, AP)를 의미할 수 있다. As used in this document, the expression "configured to" means "suitable for", "having the capacity to", depending on the situation. ", "designed to", "adapted to", "made to", or "capable of" can be used interchangeably. The term "configured (or set) to" may not necessarily mean only "specifically designed to" hardware. Instead, in some contexts, the phrase "a device configured to" may mean that the device is "capable of" in conjunction with other devices or components. For example, the phrases "~unit configured (or set) to perform A, B, and C" or "~module configured (or configured) to perform A, B, and C" can be used to perform the corresponding action. It may refer to a dedicated processor (eg, embedded processor, MCU) or a general-purpose processor (eg, CPU, AP) capable of performing corresponding operations by executing one or more software programs stored in memory. there is.

명세서에서 사용되는 “부”라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, “부”는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 “부”는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. “부”는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 “부”는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 “부”들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 “부”들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 “부”들로 더 분리될 수 있다.The term "unit" used in the specification means a hardware component such as software, FPGA or ASIC, and "unit" performs certain roles. However, "part" is not meant to be limited to software or hardware. A “unit” may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example, "unit" refers to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. Functionality provided within components and “parts” may be combined into fewer components and “parts” or further separated into additional components and “parts”.

본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 컨텍스트 상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 컨텍스트 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다. Terms used in this document are only used to describe a specific embodiment, and may not be intended to limit the scope of other embodiments. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field described in this document. Among the terms used in this document, terms defined in general dictionaries may be interpreted as having the same or similar meaning as the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this document, in an ideal or excessively formal meaning. not interpreted In some cases, even terms defined in this document cannot be interpreted to exclude the embodiments of this document.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치와 측정 장치의 연결 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a connection configuration between a device for predicting the onset of heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to an embodiment of the present invention and a measuring device.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치(100)는 제1 심전도 데이터 및 제1 신체 정보를 각각 획득하여 제2 심전도 데이터 및 제2 신체 정보를 생성할 수 있다. 이후, 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치(100)는 제1 딥러닝 모델을 이용하여 제2 심전도 데이터로부터 제1 발병 확률 정보를 생성하고, 제2 딥러닝 모델을 이용하여 제2 심전도 데이터 및 제2 신체 정보로부터 제2 발병 확률을 생성할 수 있다. 최종적으로, 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치(100)는 제1 발병 확률 정보와 제2 발병 확률 정보를 통합하여 통합 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 1 , an apparatus 100 for predicting the onset of heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to an embodiment of the present invention obtains first electrocardiogram data and first body information, respectively, and conducts a second electrocardiogram. Data and second body information may be generated. Thereafter, the device 100 for predicting heart disease based on the deep learning model using the electrocardiogram data and body information generates first onset probability information from the second electrocardiogram data using the first deep learning model, and uses the second deep learning model. A second onset probability may be generated from the second electrocardiogram data and the second body information. Finally, the apparatus 100 for predicting the onset of heart disease based on the deep learning model using electrocardiogram data and body information may generate integrated onset probability information by integrating the first onset probability information and the second onset probability information.

즉, 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치(100)는 서로 다른 제1 딥러닝 모델과 제2 딥러닝 모델 각각을 이용하여 제1 발병 확률 정보와 제2 발병 확률 정보를 각각 생성하여 최종적으로, 통합 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.That is, the apparatus 100 for predicting the onset of heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information uses first and second onset probability information by using different first deep learning models and second deep learning models, respectively. By generating each, finally, it is possible to generate integrated onset probability information.

이하, 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치(100)가 1) 제1 심전도 데이터 및 제1 신체 정보를 획득하는 과정, 2) 제2 심전도 데이터 및 제2 신체 정보를 생성하는 과정, 3) 제1 발병 확률 정보를 생성하는 과정, 4) 제2 발병 확률 정보를 생성하는 과정 및 4) 통합 발병 확률 정보를 생성하는 과정에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the device 100 for predicting heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information performs 1) a process of acquiring first electrocardiogram data and first body information, and 2) obtaining second electrocardiogram data and second body information. A process of generating, 3) a process of generating first outbreak probability information, 4) a process of generating second outbreak probability information, and 4) a process of generating integrated outbreak probability information will be described.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치에 포함된 측정 장치의 내부 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치의 프로세서의 내부 구성을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing the internal configuration of a measuring device included in an apparatus for predicting the onset of heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a diagram showing the internal configuration of the processor of the device for predicting heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information according to.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치(100)는 획득부(110), 프로세서(120), 통신부(130), 표시부(140) 및 저장부(150)를 포함할 수 있다.1 to 3, the device 100 for predicting heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information includes an acquisition unit 110, a processor 120, a communication unit 130, a display unit 140, and A storage unit 150 may be included.

획득부(110)는 환자의 제1 심전도 데이터 및 제1 신체 정보를 획득할 수 있다.The acquisition unit 110 may obtain first electrocardiogram data and first body information of the patient.

구체적으로, 획득부(110)는 측정 장치(10)와 유무선 통신을 통해 환자의 제1 심전도 데이터 및 제1 신체 정보를 획득할 수 있다.In detail, the acquisition unit 110 may obtain first electrocardiogram data and first body information of the patient through wired/wireless communication with the measuring device 10 .

여기서, 측정 장치(10)는 하나 이상의 리드를 통해 환자로부터 제1 심전도 데이터를 측정하거나, 환자의 신체에 착용되어 제1 심전도 데이터를 측정할 수 있다.Here, the measuring device 10 may measure first electrocardiogram data from a patient through one or more leads or may be worn on a patient's body to measure first electrocardiogram data.

일 실시 예에서, 측정 장치(10)는 심전도 측정 장치 및 웨어러블 장치 중 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the measurement device 10 may be one or more of an electrocardiogram measurement device and a wearable device.

한편, 획득부(110)는 환자, 환자의 담당의료진 및 환자의 보호자로부터 제1 신체 정보를 입력받을 수 있다.Meanwhile, the acquisition unit 110 may receive first body information from the patient, the medical staff in charge of the patient, and the patient's guardian.

이를 위해, 획득부(110)는 터치 패널, 키보드 및 마우스와 같은 입력 인터페이스를 구비할 수 있다.To this end, the acquisition unit 110 may include an input interface such as a touch panel, keyboard, and mouse.

여기서, 제1 신체 정보는 제1 심전도 데이터 외에 환자의 신체에 대한 정보일 수 있으며, 예를 들어, 제1 신체 정보는 환자의 몸무게 정보, 나이 정보 및 혈압 정보 중 하나 이상을 포함할 수 있다.Here, the first body information may be information about the patient's body in addition to the first electrocardiogram data. For example, the first body information may include one or more of the patient's weight information, age information, and blood pressure information.

프로세서(120)는 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터를 생성하고, 제1 신체 정보를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성할 수 있다.The processor 120 may generate second electrocardiogram data by augmenting the first electrocardiogram data, and generate second body information by pre-processing the first body information.

또한, 프로세서(120)는 제1 딥러닝 모델을 이용하여 제2 심전도 데이터로부터 환자에게 심장 질환이 발병할 제1 발병 확률 정보를 생성하고, 제2 딥러닝 모델을 이용하여 제2 심전도 데이터 및 제2 신체 정보로부터 환자에게 심장 질환이 발병할 제2 발병 확률 정보를 생성할 수 있다. In addition, the processor 120 generates first onset probability information for the patient to develop a heart disease from the second electrocardiogram data using the first deep learning model, and uses the second deep learning model to generate the second electrocardiogram data and the second electrocardiogram data. 2 Second onset probability information for the patient to develop a heart disease may be generated from the body information.

최종적으로, 프로세서(120)는 제1 발병 확률 정보 및 제2 발병 확률 정보를 통합하여 통합 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.Finally, the processor 120 may generate integrated onset probability information by integrating the first onset probability information and the second onset probability information.

이를 위해, 프로세서(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(120)는 데이터 증강부(121), 신체 정보 처리부(122), 제1 예측부(123), 제2 예측부(124) 및 예측결과 통합부(125)를 포함할 수 있다.To this end, the processor 120 may include a plurality of components as shown in FIG. 3 . Specifically, the processor 120 may include a data augmentation unit 121, a body information processing unit 122, a first prediction unit 123, a second prediction unit 124, and a prediction result integration unit 125. .

데이터 증강부(121)는 심전도 데이터의 측정 리드의 개수가 미리 설정된 개수가 되도록 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터를 생성할 수 있다.The data enhancer 121 may generate second electrocardiogram data by augmenting the first electrocardiogram data so that the number of measurement leads of the electrocardiogram data is a preset number.

이를 위해, 데이터 증강부(121)는 오토인코더에 은닉층과 노이즈가 추가된 구조인 Stacked Denoising AutoEncoder(SDAE)를 이용하여 제1 심전도 데이터를 전처리할 수 있다.To this end, the data augmentation unit 121 may pre-process the first ECG data using a Stacked Denoising AutoEncoder (SDAE) structure in which a hidden layer and noise are added to an autoencoder.

여기서, 오토인코더는 비지도 방식으로 잠재 표현이라 불리는 데이터의 밀집 표현을 학습할 수 있는 신경망으로서, 입력을 출력에 복사하도록 구성되어 데이터를 더 낮은 차원의 잠재 표현으로 인코딩한 다음 잠재 표현을 다시 데이터로 디코딩하여 재구성 오류를 최소화하면서 데이터를 압축할 수 있다.Here, an autoencoder is a neural network capable of learning dense representations of data, called latent representations, in an unsupervised manner, configured to copy inputs to outputs, encoding the data into lower-dimensional latent representations, and then converting the latent representations back into data. By decoding with , data can be compressed while minimizing reconstruction errors.

SDAE는 상술된 오토인코더에 은닉층 및 노이즈가 추가된 구조로 데이터의 유용한 특성을 학습함과 동시에 노이즈를 제거하도록 학습함으로써, 간단하고 효율적으로 데이터에서 노이즈를 제거하는데 사용할 수 있다.SDAE can be used to remove noise from data simply and efficiently by learning useful characteristics of data and simultaneously learning to remove noise with a structure in which a hidden layer and noise are added to the above-described autoencoder.

데이터 증강부(121)는 노이즈가 제거된 제1 심전도 데이터의 측정 리드의 개수가 미리 설정된 개수가 되도록 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 개수는 12개일 수 있다. 즉, 데이터 증강부(121)는 측정 리드의 개수가 12개가 되도록 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터를 생성할 수 있다.The data enhancer 121 may generate second electrocardiogram data by augmenting the first electrocardiogram data so that the number of measurement leads of the first electrocardiogram data from which noise is removed is a preset number. Here, the preset number may be 12. That is, the data enhancer 121 may generate second electrocardiogram data by augmenting the first electrocardiogram data so that the number of measurement leads is 12.

이를 위해, 데이터 증강부(121)는 가우시안 혼합 모델을 학습시키고, 가우시안 혼합 모델을 이용하여 노이즈가 제거된 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터를 생성할 수 있다.To this end, the data enhancer 121 may generate second ECG data by learning a Gaussian mixture model and augmenting the noise-removed first ECG data using the Gaussian mixture model.

여기서, 가우시안 혼합 모델은 복수의 가우시안 확률밀도함수를 가중합하여 하나의 분포로 근사된 것일 수 있으며, 하기의 수학식 1을 통해 구현될 수 있다.Here, the Gaussian mixture model may be approximated as one distribution by weighting a plurality of Gaussian probability density functions, and may be implemented through Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서,

Figure pat00002
는 가중치 파라미터로, 각 분포의 가중치를 의미하며 가중치 값들은 기댓값 최대화 알고리즘을 통해 최적화될 수 있다.here,
Figure pat00002
is a weight parameter, meaning the weight of each distribution, and weight values can be optimized through an expected value maximization algorithm.

한편, 기댓값 최대화 알고리즘은 예측 단계 및 최대화 단계로 나뉠 수 있다. Meanwhile, the expectation maximization algorithm may be divided into a prediction step and a maximization step.

예측 단계에서는, 데이터

Figure pat00003
에 대해 파라미터
Figure pat00004
를 정의한 상태에서 각 레이블에 대한 확률 분포를 가정했을 경우, 해당 분포의 높이에 따라 i번째 데이터가 j번째 그룹에 속할 확률을 계산할 수 있다.In the prediction phase, the data
Figure pat00003
parameter for
Figure pat00004
Assuming a probability distribution for each label in the state where is defined, the probability that the i-th data belongs to the j-th group can be calculated according to the height of the distribution.

구체적으로, 예측 단계는, 하기의 수학식 2를 통해 구현될 수 있다.Specifically, the prediction step may be implemented through Equation 2 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

최대화 단계에서는, 예측 단계에서 계산된

Figure pat00006
값들을 이용하여 모수를 추정할 수 있다.In the maximization step, the calculated in the prediction step
Figure pat00006
Parameters can be estimated using the values.

구체적으로, 최대화 단계는, 하기의 수학식 3을 통해 구현될 수 있다.Specifically, the maximization step may be implemented through Equation 3 below.

Figure pat00007
Figure pat00007

한편, 신체 정보 처리부(122)는 제1 신체 정보에 기초하여 신체 지수를 산출할 수 있다. 예를 들어, 신체 정보 처리부(122)는 제1 신체 정보에 포함된 체중 정보 및 신장 정보에 기초하여 신체 지수로써 BMI 지수를 산출할 수 있다.Meanwhile, the body information processor 122 may calculate a body index based on the first body information. For example, the body information processing unit 122 may calculate a BMI index as a body index based on weight information and height information included in the first body information.

이후, 신체 정보 처리부(122)는 제1 신체 정보와 산출된 신체 지수가 후술되는 제2 딥러닝 모델에 입력되도록 제1 신체 정보와 신체 지수를 전처리할 수 있다.Thereafter, the body information processing unit 122 may pre-process the first body information and the body index so that the first body information and the calculated body index are input to a second deep learning model to be described later.

이때, 신체 정보 처리부(122)는 제2 딥러닝 모델의 입력 형태에 대응하여 제1 신체 정보와 신체 지수를 전처리하여 제2 신체 정보로 생성할 수 있다.At this time, the body information processing unit 122 may generate second body information by pre-processing the first body information and the body index corresponding to the input form of the second deep learning model.

즉, 신체 정보 처리부(122)는 전처리된 제1 신체 정보와 신체 지수 모두를 제2 신체 정보로 생성할 수 있다.That is, the body information processing unit 122 may generate both the preprocessed first body information and the body index as second body information.

한편, 제1 예측부(123)는 잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델로 구성된 제1 딥러닝 모델을 이용하여 제2 심전도 데이터로부터 제1 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.Meanwhile, the first prediction unit 123 may generate first onset probability information from the second electrocardiogram data by using a first deep learning model composed of a convolutional neural network model to which a residual block is applied.

여기서, 합성곱 신경망(Convolutional Neural Network; CNN) 모델은 입력층, 은닉층 및 출력층으로 구성되고, 은닉층에는 복수의 합성곱 계층, 풀링 계층, 활성화 함수, 완전 연결층이 존재하며, 배치 정규화 계층 또는 드롭아웃 계층이 포함될 수 있다.Here, the convolutional neural network (CNN) model consists of an input layer, a hidden layer, and an output layer, and a plurality of convolutional layers, a pooling layer, an activation function, and a fully connected layer exist in the hidden layer, and a batch normalization layer or drop An out layer may be included.

합성곱 계층은 입력된 데이터에 대해 합성곱을 수행하며, 가중치와 연산을 통해 특성을 추출할 수 있다.The convolution layer performs convolution on the input data, and can extract features through weights and calculations.

풀링 계층은 데이터의 차원을 감소시키는 연산일 수 있으며, 풀링 연산을 통해 차원이 감소된 데이터는 활성화 함수를 통과하여 다음 레이어로 전달될 수 있다.The pooling layer may be an operation for reducing the dimension of data, and the data whose dimension is reduced through the pooling operation may pass through an activation function and be transferred to the next layer.

본 발명에 따른 합성곱 신경망은 활성화 함수로서 하기의 수학식 4를 통해 구현되는 ReLU 활성화 함수가 적용될 수 있다.The convolutional neural network according to the present invention may apply a ReLU activation function implemented through Equation 4 below as an activation function.

Figure pat00008
Figure pat00008

완전 연결층은 어느 하나의 층과 다른 하나의 층을 연결하는 역할을 수행할 수 있다.The fully connected layer may serve to connect one layer to another layer.

배치 정규화 계층 및 드롭아웃 계층은 과적합 방지를 위한 것으로, 배치 정규화 계층의 배치 정규화는 배치 입력 데이터에 대해 평균을 빼고 표준편차로 나누어 정규화를 수행하는 기법이고, 드롭아웃 계층의 드롭아웃은 한 층에서 그 다음 층으로 연결되는 노드 중 일정 비율만을 선택하는 기법일 수 있다.The batch normalization layer and the dropout layer are intended to prevent overfitting. The batch normalization of the batch normalization layer is a technique for performing normalization by subtracting the mean and dividing by the standard deviation for the batch input data, and the dropout of the dropout layer is one layer. It may be a technique of selecting only a certain percentage of nodes connected to the next layer in .

출력층은 소프트맥스 회귀를 수행하며, 소프트맥스 회귀는 다항 분류를 위해 이진 분류에 사용되는 로지스틱 회귀가 일반화된 것으로 다항 분류 지도 학습에 사용될 수 있다.The output layer performs softmax regression, and softmax regression is a generalization of logistic regression used in binary classification for multinomial classification and can be used for multinomial classification supervised learning.

본 발명에 따른 합성곱 신경망 모델은 소프트맥스 회귀를 수행하여 클래스(복수의 심장 질환 각각이 발병되거나 발병되지 않는 경우)에 속할 확률을 반환할 수 있다.The convolutional neural network model according to the present invention may return a probability belonging to a class (when each of a plurality of heart diseases is affected or not) by performing softmax regression.

본 발명에 따른 합성곱 신경망 모델은 하기의 수학식 5를 통해 구현되는 소프트맥스 함수를 이용하여 소프트맥스 회귀를 수행할 수 있다.The convolutional neural network model according to the present invention may perform softmax regression using the softmax function implemented through Equation 5 below.

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서, K는 클래스의 수이고,

Figure pat00010
는 샘플 X에 대한 각 클래스의 점수를 담은 벡터이고,
Figure pat00011
는 샘플 x에 대한 각 클래스의 점수가 주어졌을 때, 해당 샘플이 i번째 클래스에 속할 추정 확률이다.where K is the number of classes,
Figure pat00010
is a vector containing the scores of each class for sample X,
Figure pat00011
is an estimated probability that the sample belongs to the i-th class given the score of each class for sample x.

이때, 본 발명에 따른 소프트맥스 회귀 분류기는 소프트맥스 함수에 의해 산출된

Figure pat00012
가 가장 높은 클래스를 반환할 수 있다.At this time, the softmax regression classifier according to the present invention is calculated by the softmax function
Figure pat00012
can return the highest class.

본 발명에 따른 합성곱 신경망 모델은 하기의 수학식 6을 통해 구현되는 비용 함수를 최소화하는 방향으로 학습을 진행하고, 비용 함수에 규제를 적용하여 과적합을 방지하며, 규제 방법으로 L2 규제를 이용할 수 있다.In the convolutional neural network model according to the present invention, learning proceeds in the direction of minimizing the cost function implemented through Equation 6 below, overfitting is prevented by applying regulation to the cost function, and L2 regulation is used as a regulation method. can

Figure pat00013
Figure pat00013

한편, 제1 예측부(123)는 상술된 합성곱 신경망 모델에 잔차 블록을 적용하여 제1 딥러닝 모델을 구성할 수 있다.Meanwhile, the first predictor 123 may construct a first deep learning model by applying a residual block to the convolutional neural network model described above.

잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델은 단축 연결(Shortcut Connection)이 마련된 잔차 블록(Residual Block)을 포함하고, 이를 이용하여 기울기 값의 소실 문제(vanishing gradient)를 해결할 수 있는 장점이 있다. 여기서, 단축 연결은 하나의 계층을 뛰어 넘는 연결로서 실제 설계된 연결대로 움직이는 경로와 그 경로를 뛰어 넘어 다음 단계로 직접 연결되는 경로 등 총 두 가지 경로가 존재할 수 있다.The convolutional neural network model to which the residual block is applied includes a residual block with a shortcut connection, and has the advantage of solving the vanishing gradient using this. Here, the shortened connection is a connection that transcends one layer, and a total of two paths may exist: a path that moves according to the actually designed connection and a path that jumps over the path and is directly connected to the next step.

한편, 다른 실시 예에 따른 제1 예측부(123)는 잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델에 어텐션 모듈을 더 적용하여 제1 딥러닝 모델을 구성할 수 있다.Meanwhile, the first predictor 123 according to another embodiment may configure the first deep learning model by further applying an attention module to the convolutional neural network model to which the residual block is applied.

어텐션 모듈은 도 5에 도시된 바와 같이, 디코더에서 출력을 예측하는 시점마다 인코더의 전체 입력 정보를 다시 참고하되, 해당 시점에서 예측할 부분과 연관된 입력 정보만을 참고하여 출력을 예측할 수 있다.As shown in FIG. 5, the attention module can predict the output by referring again to all input information of the encoder at each point in time when the output is predicted by the decoder, but only by referring to the input information associated with the part to be predicted at that point.

본 발명에 따른 어텐션 모듈은 제2 심전도 데이터를 잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델에 입력하여 피처맵을 출력받고, 피처맵을 복수의 패치로 분할하여 인코더에 투입할 수 있다.The attention module according to the present invention inputs the second electrocardiogram data to a convolutional neural network model to which a residual block is applied, receives a feature map as an output, divides the feature map into a plurality of patches, and inputs them to an encoder.

이를 통해, 제1 예측부(123)는 복수의 심장 질환 종류 정보(클래스)마다 해당 심장 질환이 환자에게 발병될 확률 또는 발병하지 않을 확률을 나타내는 제1 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.Through this, the first prediction unit 123 may generate first onset probability information indicating a probability that a corresponding heart disease will occur or not to occur in a patient for each of a plurality of types of heart disease information (class).

또한, 제1 예측부(123)는 어텐션 모듈을 이용하여 제1 발병 확률 정보의 영향 인자 정보를 생성할 수 있다. 여기서, 영향 인자 정보는 제1 발병 확률 정보가 생성되는데 영향을 미친 인자를 나타내는 정보일 수 있으며, 예를 들어, 영향 인자 정보는 제2 심전도 데이터 중에서 제1 발병 확률 정보가 생성되는데 영향을 미친 제2 심전도 데이터의 측정 리드 식별 정보일 수 있다.In addition, the first prediction unit 123 may generate influence factor information of the first outbreak probability information by using the attention module. Here, the influencing factor information may be information indicating a factor that has an influence on the generation of the first onset probability information. For example, the influencing factor information may be information indicating a factor influencing the generation of the first onset probability information among the second electrocardiogram data. 2 It may be measurement lead identification information of electrocardiogram data.

이때, 제1 딥러닝 모델은 1개의 모델로 구성되지 않고 복수의 모델로 구성될 수도 있다.In this case, the first deep learning model may be composed of a plurality of models instead of one model.

즉, 제1 예측부(123)는 복수의 심장 질환 종류 정보(클래스)마다 제1 딥러닝 모델을 구성하는 복수의 모델 각각을 이용하여 제1 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.That is, the first prediction unit 123 may generate first onset probability information by using each of a plurality of models constituting the first deep learning model for each of a plurality of heart disease type information (classes).

예를 들어, 심장 질환 종류 정보가 2개이고, 제1 딥러닝 모델이 2개의 모델로 구성된 경우, 제1 예측부(123)는 총 4개의 제1 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.For example, when there are two types of heart disease information and the first deep learning model is composed of two models, the first prediction unit 123 may generate a total of four pieces of first onset probability information.

제2 예측부(124)는 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈을 이용하여 제2 딥러닝 모델을 구성하고, 제2 딥러닝 모델을 이용하여 제2 심전도 데이터 및 제2 신체 정보로부터 제2 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.The second prediction unit 124 configures a second deep learning model using the deep learning model configuration automation module, and uses the second deep learning model to obtain second onset probability information from the second electrocardiogram data and the second body information. can create

여기서, 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈은 제2 심전도 데이터 및 제2 신체 정보에 대응하여 임의의 세부 딥러닝 모델을 선택하고 선택된 세부 딥러닝 모델로 제2 딥러닝 모델을 구성하는 모듈일 수 있다.Here, the deep learning model configuration automation module may be a module that selects an arbitrary detailed deep learning model in response to the second electrocardiogram data and the second body information and configures the second deep learning model with the selected detailed deep learning model.

구체적으로, 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈은 도 6에 도시된 바와 같이, 기존에 작업자가 딥러닝 모델을 구성하기 위해 수행하던 딥러닝 모델 선택, 특징 설계, 데이터 분할 등의 작업을 작업자를 대신하여 수행하여 딥러닝 모델을 구성할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 6, the deep learning model construction automation module performs tasks such as deep learning model selection, feature design, and data segmentation, which were previously performed by workers to construct a deep learning model, on behalf of workers. to construct a deep learning model.

이에 따라, 제2 예측부(124)는 제2 심전도 데이터 및 제2 신체 정보를 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈로 전달하고, 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈을 이용하여 제2 딥러닝 모델을 구성할 수 있다.Accordingly, the second prediction unit 124 may transfer the second electrocardiogram data and the second body information to the deep learning model configuration automation module, and configure the second deep learning model using the deep learning model configuration automation module. .

이후, 제2 예측부(124)는 제2 딥러닝 모델을 이용하여 제2 심전도 데이터 및 제2 신체 정보로부터 제2 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.Then, the second prediction unit 124 may generate second onset probability information from the second electrocardiogram data and the second body information by using the second deep learning model.

이때, 제2 딥러닝 모델은 1개의 모델로 구성되지 않고 복수의 모델로 구성될 수도 있다.At this time, the second deep learning model may be composed of a plurality of models instead of one model.

즉, 제2 예측부(124)는 복수의 심장 질환 종류 정보(클래스)마다 제2 딥러닝 모델을 구성하는 복수의 모델 각각을 이용하여 제2 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.That is, the second prediction unit 124 may generate second onset probability information by using each of a plurality of models constituting the second deep learning model for each of a plurality of heart disease type information (class).

예를 들어, 심장 질환 종류 정보가 2개이고, 제2 딥러닝 모델이 2개의 모델로 구성된 경우, 제2 예측부(124)는 총 4개의 제2 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.For example, when there are two pieces of heart disease type information and the second deep learning model is composed of two models, the second prediction unit 124 may generate a total of four pieces of second onset probability information.

예측결과 통합부(125)는 제1 발병 확률 정보 및 제2 발병 확률 정보를 통합하여 통합 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.The prediction result integrator 125 may generate integrated onset probability information by integrating the first onset probability information and the second onset probability information.

구체적으로, 예측결과 통합부(125)는 제1 발병 확률 정보와 제2 발병 확률 정보를 합산하여 통합 발병 확률 정보를 생성할 수 있다. 이때, 예측결과 통합부(125)는 대응되는 심장 질환 종류 정보가 동일한 제1 발병 확률 정보와 제2 발병 확률 정보 간을 합산하여 통합 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.Specifically, the prediction result integration unit 125 may generate integrated outbreak probability information by adding the first outbreak probability information and the second outbreak probability information. In this case, the prediction result integrator 125 may generate integrated onset probability information by adding the first onset probability information and the second onset probability information having the same corresponding heart disease type information.

예를 들어, 제1 딥러닝 모델이 A1 모델 및 A2 모델로 구성되고, 제2 딥러닝 모델이 B1 모델 및 B2 모델로 구성되며, A1 모델, A2 모델, B1 모델 및 B2 모델 각각으로부터 예측되는 심장 질환 종류 정보가 C1 심장 질환 및 C2 심장 질환인 경우, 예측결과 통합부(125)는 C1 심장 질환에 대해 예측하고, A1 모델 및 A2 모델 각각으로부터 생성된 제1 발병 확률 정보와 B1 모델 및 B2 모델 각각으로부터 생성된 제2 발병 확률 정보를 합산하여 하나의 통합 발병 확률 정보를 생성할 수 있다. 이어서, 예측결과 통합부(125)는 C2 심장 질환에 대해 예측하고, A1 모델 및 A2 모델 각각으로부터 생성된 제1 발병 확률 정보와 B1 모델 및 B2 모델 각각으로부터 생성된 제2 발병 확률 정보를 합산하여 또 하나의 통합 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.For example, the first deep learning model is composed of the A1 model and the A2 model, the second deep learning model is composed of the B1 model and the B2 model, and the heart predicted from the A1 model, the A2 model, the B1 model, and the B2 model, respectively. When the disease type information is C1 heart disease and C2 heart disease, the prediction result integration unit 125 predicts the C1 heart disease, and the first incidence probability information generated from the A1 model and the A2 model, respectively, and the B1 model and the B2 model By summing up the second incidence probability information generated from each, a single integrated incidence probability information may be generated. Subsequently, the prediction result integration unit 125 predicts the C2 heart disease, sums the first incidence probability information generated from each of the A1 model and the A2 model, and the second incidence probability information generated from each of the B1 model and the B2 model, Another integrated onset probability information may be generated.

이후, 예측결과 통합부(125)는 최대인 통합 발병 확률 정보의 심장 질환 종류 정보를 확인하고, 확인된 심장 질환 종류 정보에 대응되는 통합 발병 확률 정보가 미리 설정된 기준 확률을 초과하면 확인된 심장 질환 종류 정보를 발병이 예측되는 발병 예측 심장 질환 종류 정보로 생성할 수 있다.Thereafter, the prediction result integrator 125 checks the heart disease type information of the maximum combined incidence probability information, and if the integrated incidence probability information corresponding to the identified heart disease type information exceeds a preset reference probability, the confirmed heart disease The type information may be generated as onset prediction heart disease type information in which onset is predicted.

한편, 다른 실시 예에 따른 예측결과 통합부(125)는 제1 딥러닝 모델에 대응되는 제1 가중치를 제1 발병 확률 정보에 적용하고, 제2 딥러닝 모델에 대응되는 제2 가중치를 제2 발병 확률 정보에 적용하여, 통합 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.Meanwhile, the prediction result integration unit 125 according to another embodiment applies a first weight corresponding to the first deep learning model to the first onset probability information, and applies a second weight corresponding to the second deep learning model to the second By applying to the incidence probability information, integrated incidence probability information may be generated.

이때, 다른 실시 예에 따른 예측결과 통합부(125)는 심장 질환 종류 정보 별로 제1 딥러닝 모델에 대응되는 제1 가중치를 설정하고, 심장 질환 종류 정보 별로 제2 딥러닝 모델에 대응되는 제2 가중치를 설정할 수 있다.At this time, the prediction result integrator 125 according to another embodiment sets a first weight corresponding to the first deep learning model for each heart disease type information, and sets a second weight corresponding to the second deep learning model for each heart disease type information. Weight can be set.

한편, 프로세서(120)는 상술된 각 구성 요소의 작동을 수행할 수 있으며, 하나 이상의 코어(core, 미도시) 및 그래픽 처리부(미도시) 및/또는 다른 구성 요소와 신호를 송수신하는 연결 통로(예를 들어, 버스(bus) 등)를 포함할 수 있다.On the other hand, the processor 120 may perform the operation of each of the above-described components, one or more cores (core, not shown) and a graphic processing unit (not shown) and / or a connection path for transmitting and receiving signals to and from other components ( For example, a bus, etc.) may be included.

프로세서(120)는 저장부(150)에 저장된 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써, 상술된 각 구성 요소의 작동을 수행하도록 구성될 수 있다.The processor 120 may be configured to perform the operation of each component described above by executing one or more instructions stored in the storage unit 150 .

한편, 통신부(130)는 통신망과 연동하여 외부 기기와 각 장치들 간의 송수신 신호를 패킷 데이터 형태로 제공하는 데 필요한 통신 인터페이스를 제공할 수 있다. 나아가, 통신부(130)는 각각의 장치들의 데이터 요청에 응답하여 데이터를 송신하는 역할을 수행할 수 있다.Meanwhile, the communication unit 130 may provide a communication interface necessary to provide a transmission/reception signal between an external device and each device in the form of packet data in conjunction with a communication network. Furthermore, the communication unit 130 may serve to transmit data in response to data requests from respective devices.

여기서, 통신부(130)는 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.Here, the communication unit 130 may be a device including hardware and software necessary for transmitting and receiving signals such as control signals or data signals with other network devices through wired or wireless connections.

표시부(140)는 상술된 발병 확률 정보와 영향 인자 정보를 그래픽화하여 표시할 수 있다.The display unit 140 may graphically display the above-described onset probability information and influencing factor information.

저장부(150)에는 프로세서(120)의 처리 및 제어를 위한 프로그램들(하나 이상의 인스트럭션들)을 저장할 수 있다. 저장부(150)에 저장된 프로그램들은 기능에 따라 복수 개의 모듈들로 구분될 수 있다.The storage unit 150 may store programs (one or more instructions) for processing and control of the processor 120 . Programs stored in the storage unit 150 may be divided into a plurality of modules according to functions.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치와 측정 방법의 순서도이다.7 is a flow chart of an apparatus for predicting the onset of heart disease based on a deep learning model using electrocardiogram data and body information and a measurement method according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, S1 단계에서 획득부가 환자의 제1 심전도 데이터 및 제1 신체 정보를 획득할 수 있다.Referring to FIG. 7 , in step S1, the acquisition unit may acquire first electrocardiogram data and first body information of the patient.

이후, S2 단계에서, 프로세서가 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터로 생성할 수 있다.Then, in step S2, the processor may augment the first electrocardiogram data to generate second electrocardiogram data.

S2 단계는, 프로세서의 데이터 증강부가 심전도 데이터의 측정 리드의 개수가 미리 설정된 개수가 되도록 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.Step S2 may include generating second electrocardiogram data by augmenting the first electrocardiogram data so that the number of measurement leads of the electrocardiogram data is a preset number, by a data enhancer of the processor.

이어서, S3 단계에서, 프로세서가 제1 신체 정보를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성할 수 있다.Subsequently, in step S3, the processor may pre-process the first body information to generate second body information.

S3 단계는, 본 발명에 따른 방법은 프로세서의 신체정보 처리부가 제1 신체 정보에 기초하여 신체 지수를 산출하고, 제1 신체 정보 및 신체 지수가 제2 딥러닝 모델에 입력될 수 있도록 제1 신체 정보 및 신체 지수를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In step S3, in the method according to the present invention, the body information processing unit of the processor calculates the body index based on the first body information, and the first body information and the body index are input to the second deep learning model. A step of generating second body information by pre-processing the information and the body index may be included.

이어서, S4 단계에서, 프로세서가 제1 딥러닝 모델을 이용하여 제2 심전도 데이터로부터 환자에게 심장 질환이 발병할 제1 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.Subsequently, in step S4 , the processor may generate first onset probability information for the patient to develop a heart disease from the second electrocardiogram data using the first deep learning model.

S4 단계는, 프로세서의 제1 예측부가 잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델로 구성된 제1 딥러닝 모델을 이용하여 제2 심전도 데이터로부터 제1 발병 확률 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.Step S4 may include generating first onset probability information from second electrocardiogram data by using a first deep learning model composed of a convolutional neural network model to which a residual block is applied by a first prediction unit of the processor.

S5 단계에서, 프로세서가 제2 딥러닝 모델을 이용하여 제2 심전도 데이터 및 제2 신체 정보로부터 환자에게 심장 질환이 발병할 제2 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.In step S5 , the processor may generate second onset probability information for the patient to develop a heart disease from the second electrocardiogram data and the second body information by using the second deep learning model.

S5 단계는, 프로세서의 제2 예측부가 제2 심전도 데이터 및 제2 신체 정보에 대응하여 임의의 세부 딥러닝 모델을 선택하고 선택된 세부 딥러닝 모델로 제2 딥러닝 모델을 구성하는 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈을 이용하여 제2 딥러닝 모델을 구성하는 단계; 및 프로세서의 제2 예측부가 제2 딥러닝 모델을 이용하여 제2 심전도 데이터 및 제2 신체 정보로부터 제2 발병 확률 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In step S5, the second prediction unit of the processor selects an arbitrary detailed deep learning model corresponding to the second electrocardiogram data and the second body information and configures the second deep learning model with the selected detailed deep learning model. constructing a second deep learning model using modules; and generating, by a second prediction unit of the processor, second onset probability information from second electrocardiogram data and second body information by using a second deep learning model.

S6 단계에서, 프로세서가 제1 발병 확률 정보 및 제2 발병 확률 정보를 통합하여 최종 발병 확률 정보를 생성할 수 있다.In step S6, the processor may generate final outbreak probability information by integrating the first outbreak probability information and the second outbreak probability information.

S6 단계는, 프로세서의 예측결과 통합부가 통합 발병 확률 정보를 최대가 되도록 하는 심장 질환 종류 정보를 확인하고, 확인된 심장 질환 종류 정보에 대응되는 통합 발병 확률 정보가 미리 설정된 기준 확률을 초과하면 확인된 심장 질환 종류 정보를 발병이 예측되는 발병 예측 심장 질환 종류 정보로 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In step S6, the prediction result integration unit of the processor checks heart disease type information that maximizes the integrated incidence probability information, and if the integrated incidence probability information corresponding to the identified heart disease type information exceeds a preset reference probability, The method may include generating heart disease type information as incidence prediction heart disease type information in which onset is predicted.

본 발명의 실시 예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.Steps of a method or algorithm described in relation to an embodiment of the present invention may be directly implemented as hardware, implemented as a software module executed by hardware, or implemented by a combination thereof. A software module may include random access memory (RAM), read only memory (ROM), erasable programmable ROM (EPROM), electrically erasable programmable ROM (EEPROM), flash memory, hard disk, removable disk, CD-ROM, or It may reside in any form of computer readable recording medium well known in the art to which the present invention pertains.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.So far, the present invention has been mainly looked at with respect to preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention belongs will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from a descriptive point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the following by those skilled in the art to which the present invention belongs Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

10: 측정 장치
100: 심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치
110: 획득부
120: 프로세서
130: 통신부
140: 표시부
150: 저장부
10: measuring device
100: Heart disease prediction device based on deep learning model using electrocardiogram data and body information
110: acquisition unit
120: processor
130: communication department
140: display unit
150: storage unit

Claims (12)

환자의 제1 심전도 데이터 및 제1 신체 정보를 획득하는 획득부; 및
상기 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터로 생성하고, 상기 제1 신체 정보를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성하고, 제1 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터로부터 상기 환자에게 심장 질환이 발병할 제1 발병 확률 정보를 생성하고, 제2 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보로부터 상기 환자에게 심장 질환이 발병할 제2 발병 확률 정보를 생성하고, 상기 제1 발병 확률 정보 및 상기 제2 발병 확률 정보를 통합하여 통합 발병 확률 정보를 생성하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치.
an acquiring unit acquiring first electrocardiogram data and first body information of the patient; and
The first electrocardiogram data is augmented to generate second electrocardiogram data, the first body information is preprocessed to generate second body information, and a heart is provided to the patient from the second electrocardiogram data by using a first deep learning model. generating first incidence probability information of the onset of a disease, and generating second onset probability information of the onset of a heart disease in the patient from the second electrocardiogram data and the second body information using a second deep learning model; And a processor for integrating the first incidence probability information and the second incidence probability information to generate integrated incidence probability information.
A heart disease prediction device based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는
심전도 데이터의 측정 리드의 개수가 미리 설정된 개수가 되도록 상기 제1 심전도 데이터를 증강시켜 상기 제2 심전도 데이터를 생성하는 데이터 증강부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치.
According to claim 1,
The processor
and a data enhancer configured to generate the second electrocardiogram data by augmenting the first electrocardiogram data so that the number of measurement leads of the electrocardiogram data is a preset number.
A heart disease prediction device based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 제1 신체 정보에 기초하여 신체 지수를 산출하고, 상기 제1 신체 정보 및 상기 신체 지수가 상기 제2 딥러닝 모델에 입력될 수 있도록 상기 제1 신체 정보 및 상기 신체 지수를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성하는 신체 정보 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치.
According to claim 1,
The processor
A body index is calculated based on the first body information, and the first body information and the body index are pre-processed so that the first body information and the body index can be input to the second deep learning model to obtain a second body index. Characterized in that it comprises a; body information processing unit for generating information
A heart disease prediction device based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는
잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델로 구성된 상기 제1 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터로부터 상기 제1 발병 확률 정보를 생성하는 제1 예측부;를 포함하고,
상기 제1 예측부는
상기 제1 발병 확률 정보가 생성되는데 영향을 미친 인자를 나타내는 영향 인자 정보를 어텐션 모듈을 이용하여 생성하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치.
According to claim 1,
The processor
A first predictor configured to generate the first onset probability information from the second electrocardiogram data using the first deep learning model composed of a convolutional neural network model to which a residual block is applied;
The first prediction unit
Characterized in that generating influencing factor information indicating a factor influencing the generation of the first onset probability information using an attention module
A heart disease prediction device based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보에 대응하여 임의의 세부 딥러닝 모델을 선택하고 상기 선택된 세부 딥러닝 모델로 상기 제2 딥러닝 모델을 구성하는 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈을 이용하여 상기 제2 딥러닝 모델을 구성하고, 상기 제2 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보로부터 제2 발병 확률 정보를 생성하는 제2 예측부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치.
According to claim 1,
The processor
Using a deep learning model configuration automation module that selects an arbitrary detailed deep learning model corresponding to the second electrocardiogram data and the second body information and configures the second deep learning model with the selected detailed deep learning model, and a second predictor configured to construct 2 deep learning models and generate second onset probability information from the second electrocardiogram data and the second body information using the second deep learning model.
A heart disease prediction device based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 통합 발병 확률 정보를 최대가 되도록 하는 심장 질환 종류 정보를 확인하고, 상기 확인된 심장 질환 종류 정보에 대응되는 상기 통합 발병 확률 정보가 미리 설정된 기준 확률을 초과하면 상기 확인된 심장 질환 종류 정보를 발병이 예측되는 발병 예측 심장 질환 종류 정보로 생성하는 예측결과 통합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 장치.
According to claim 1,
The processor
Heart disease type information that maximizes the combined incidence probability information is checked, and if the combined incidence probability information corresponding to the identified heart disease type information exceeds a preset standard probability, the identified heart disease type information is changed to onset probability. Characterized in that it comprises; a prediction result integration unit that generates the predicted onset prediction heart disease type information
A heart disease prediction device based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
획득부가 환자의 제1 심전도 데이터 및 제1 신체 정보를 획득하는 단계; 및
프로세서가 상기 제1 심전도 데이터를 증강시켜 제2 심전도 데이터로 생성하는 단계;
상기 프로세서가 상기 제1 신체 정보를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성하는 단계;
상기 프로세서가 제1 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터로부터 상기 환자에게 심장 질환이 발병할 제1 발병 확률 정보를 생성하는 단계;
상기 프로세서가 제2 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보로부터 상기 환자에게 심장 질환이 발병할 제2 발병 확률 정보를 생성하는 단계; 및
상기 프로세서가 상기 제1 발병 확률 정보 및 상기 제2 발병 확률 정보를 통합하여 통합 발병 확률 정보를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 방법.
obtaining, by an acquisition unit, first electrocardiogram data and first body information of the patient; and
generating, by a processor, second electrocardiogram data by augmenting the first electrocardiogram data;
generating, by the processor, second body information by pre-processing the first body information;
generating, by the processor, first onset probability information of a heart disease occurring in the patient from the second electrocardiogram data by using a first deep learning model;
generating, by the processor, second onset probability information for the onset of a heart disease in the patient from the second electrocardiogram data and the second body information by using a second deep learning model; and
characterized in that it comprises; generating integrated outbreak probability information by integrating, by the processor, the first outbreak probability information and the second outbreak probability information.
A heart disease prediction method based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
제7항에 있어서,
상기 프로세서의 데이터 증강부가 심전도 데이터의 측정 리드의 개수가 미리 설정된 개수가 되도록 상기 제1 심전도 데이터를 증강시켜 상기 제2 심전도 데이터를 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 방법.
According to claim 7,
and generating the second electrocardiogram data by augmenting the first electrocardiogram data so that the number of measurement leads of the electrocardiogram data is a preset number by the data enhancer of the processor.
A heart disease prediction method based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
제7항에 있어서,
상기 프로세서의 신체 정보 처리부가 상기 제1 신체 정보에 기초하여 신체 지수를 산출하고, 상기 제1 신체 정보 및 상기 신체 지수가 상기 제2 딥러닝 모델에 입력될 수 있도록 상기 제1 신체 정보 및 상기 신체 지수를 전처리하여 제2 신체 정보를 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 방법.
According to claim 7,
The body information processing unit of the processor calculates a body index based on the first body information, and the first body information and the body index are input to the second deep learning model. Characterized in that it further comprises; generating second body information by pre-processing the index
A heart disease prediction method based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
제7항에 있어서,
상기 프로세서의 제1 예측부가 잔차 블록이 적용된 합성곱 신경망 모델로 구성된 상기 제1 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터로부터 상기 제1 발병 확률 정보를 생성하는 단계; 및
상기 제1 예측부가 상기 제1 발병 확률 정보가 생성되는데 영향을 미친 인자를 나타내는 영향 인자 정보를 어텐션 모듈을 이용하여 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 방법.
According to claim 7,
generating the first onset probability information from the second electrocardiogram data by using the first deep learning model composed of a convolutional neural network model to which a residual block is applied by a first prediction unit of the processor; and
Generating, by the first prediction unit, influencing factor information indicating a factor influencing generation of the first onset probability information by using an attention module; characterized in that it further comprises
A heart disease prediction method based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
제7항에 있어서,
상기 프로세서의 제2 예측부가 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보에 대응하여 임의의 세부 딥러닝 모델을 선택하고 상기 선택된 세부 딥러닝 모델로 상기 제2 딥러닝 모델을 구성하는 딥러닝 모델 구성 자동화 모듈을 이용하여 상기 제2 딥러닝 모델을 구성하는 단계; 및
상기 프로세서의 제2 예측부가 상기 제2 딥러닝 모델을 이용하여 상기 제2 심전도 데이터 및 상기 제2 신체 정보로부터 제2 발병 확률 정보를 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 방법.
According to claim 7,
The second prediction unit of the processor selects an arbitrary detailed deep learning model corresponding to the second electrocardiogram data and the second body information, and constructs a deep learning model for constructing the second deep learning model with the selected detailed deep learning model. configuring the second deep learning model using an automation module; and
Generating, by a second prediction unit of the processor, second onset probability information from the second electrocardiogram data and the second body information using the second deep learning model; characterized in that it further comprises
A heart disease prediction method based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
제7항에 있어서,
상기 프로세서의 예측결과 통합부가 상기 통합 발병 확률 정보를 최대가 되도록 하는 심장 질환 종류 정보를 확인하고, 상기 확인된 심장 질환 종류 정보에 대응되는 상기 통합 발병 확률 정보가 미리 설정된 기준 확률을 초과하면 상기 확인된 심장 질환 종류 정보를 발병이 예측되는 발병 예측 심장 질환 종류 정보로 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
심전도 데이터 및 신체 정보를 이용하는 딥러닝 모델 기반 심장 질환 발병 예측 방법.
According to claim 7,
The prediction result integration unit of the processor checks heart disease type information that maximizes the combined incidence probability information, and if the combined incidence probability information corresponding to the checked heart disease type information exceeds a preset reference probability, the confirmation is made. Generating the heart disease type information as the onset prediction heart disease type information in which the onset is predicted; characterized in that it further comprises
A heart disease prediction method based on deep learning model using electrocardiogram data and body information.
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