WO2010140746A1 - 심전도 신호 획득 방법 및 그를 이용한 심전도 장치 - Google Patents

심전도 신호 획득 방법 및 그를 이용한 심전도 장치 Download PDF

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WO2010140746A1
WO2010140746A1 PCT/KR2009/007019 KR2009007019W WO2010140746A1 WO 2010140746 A1 WO2010140746 A1 WO 2010140746A1 KR 2009007019 W KR2009007019 W KR 2009007019W WO 2010140746 A1 WO2010140746 A1 WO 2010140746A1
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WO
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electrocardiogram
ecg
section
peak
rising
Prior art date
Application number
PCT/KR2009/007019
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English (en)
French (fr)
Inventor
이태수
이은미
홍주현
Original Assignee
충북대학교 산학협력단
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • A61B5/346—Analysis of electrocardiograms
    • A61B5/349—Detecting specific parameters of the electrocardiograph cycle
    • A61B5/352—Detecting R peaks, e.g. for synchronising diagnostic apparatus; Estimating R-R interval

Definitions

  • the present invention relates to an electrocardiogram device, and more particularly, to an electrocardiogram signal acquisition method and an electrocardiogram device using the same for correcting an error occurring when an electrocardiogram signal is acquired in a portable electrocardiogram device having a low sample rate.
  • HRV Heart Rate Variability
  • HRV Heart Rate Variability
  • PTT Pulse Transit Time
  • HRV can be identified through the RR interval that appears continuously in the ECG.
  • a relatively accurate R waveform may be obtained when the ECG signal is sampled at least 500 Hz or more.
  • the R waveform will have a large amount of error, resulting in inaccurate HRV analysis.
  • the portable ECG device has limitations in HRV (Heart Rate Variability) or PTT (Pulse Transit Time) analysis because it requires not only a lack of storage space due to miniaturization but also a low sample rate to 500 kHz or less for low power. That is, in the case of a portable ECG device, when the ECG signal is applied with a sample rate of 500 Hz or less, the signal quality may be degraded or the position of the R waveform signal may not be accurately recognized, and thus accuracy and reliability of ECG information cannot be expected. .
  • HRV Heart Rate Variability
  • PTT Pulse Transit Time
  • the present invention calculates the time coordinates of the R peak through the regression line analysis of the samples using the QRS complex morphological characteristics of the ECG in an ECG device having a low sample rate (for example, 500 Hz or less)
  • a low sample rate for example, 500 Hz or less
  • HRV Heart Rate Variability
  • PTT Pulse Transit Time
  • An object of the present invention is to provide an electrocardiogram signal obtaining method and an electrocardiogram device using the same.
  • the electrocardiogram signal acquisition method for achieving the above object, in the electrocardiogram signal acquisition method, a predetermined number of consecutive R peaks (R peak) in the electrocardiogram are selected, and a rising section around each R peak And a classification step of classifying the falling section. Calculating a correction value of a corresponding R peak by using a regression line corresponding to the rising section and the falling section; And an acquiring step of acquiring an electrocardiogram signal using the correction value.
  • an electrocardiogram device comprising: electrocardiogram sensing means for sensing an electrocardiogram and measuring a predetermined number of consecutive R waveforms; And an ECG correction means for calculating a correction value of the corresponding R peak using a regression line corresponding to the rising and falling sections classified around the R peak of the R waveform, and obtaining an ECG signal using the correction value.
  • a computer-readable recording medium having recorded thereon a program includes: a predetermined number of R peaks continuous in an electrocardiogram selected by an ECG device having a processor and centering each R peak. Classifying the rising and falling sections into; Calculating a correction value of a corresponding R peak using a regression line corresponding to the rising section and the falling section; And acquiring an ECG signal using the correction value.
  • the present invention as described above, the time of the R peak (R peak) through the regression line analysis of the samples using the QRS complex (QRS complex) morphological characteristics of the ECG device having a low sample rate (for example, 500 Hz or less)
  • a low sample rate for example, 500 Hz or less
  • the present invention has an effect of extracting and providing HRV (Heart Rate Variability) or PTT (Pulse Transit Time) by acquiring an error-corrected RR interval in an ECG device having a sample rate of 500 Hz or less.
  • HRV Heart Rate Variability
  • PTT Pulse Transit Time
  • the present invention is applied to a portable electrocardiogram device having a sample rate of 500 kHz or less, thereby enabling accurate ECG measurement together with portability, thereby increasing the reliability of the user.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electrocardiogram device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exemplary view for explaining a process of calculating the time coordinate of the R peak corrected by the ECG compensator according to the present invention.
  • 3 is a view showing the error of '200 kHz' and 1000 kHz without the present invention when the test subject sitting.
  • FIG. 4 is a view showing the error of '200 kHz' and 1000 kHz to which the present invention is applied when the test subject is sitting.
  • 5 is a view showing the error of '200 kHz' and 1000 kHz without the present invention when the test subject cycling.
  • 6 is an exemplary view showing the error of '200 kHz and 1000 kHz to which the present invention is applied when the test subject cycles.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of acquiring an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an electrocardiogram device according to an embodiment of the present invention.
  • an electrocardiogram device (hereinafter referred to as an "electrocardiogram device") according to the present invention is a 500 that is generally required for analyzing HRV (Heart Rate Variability) and PTT (Pulse Transit Time) as an evaluation index of the autonomic nervous system.
  • An R peak whose error is corrected using a morphological characteristic of the QRS complex of the electrocardiogram obtained by applying a sample rate lower than the sample rate of Hz to 1000 Hz or more (herein, 500 ⁇ or less). By calculating (R peak), the accuracy of the RR interval is improved.
  • the electrocardiogram device of the present invention enables accurate extraction and analysis of electrocardiogram information HRV, PTT as an evaluation index of the autonomic nervous system.
  • the electrocardiogram device of the present invention can be applied to a case of a small and portable form that typically applies a low level of sample rate, but it will be readily understood by those skilled in the art that the present invention is not limited thereto.
  • the electrocardiogram device includes an electrocardiogram detector 110, an electrocardiogram corrector 120, and an electrocardiogram information provider 130.
  • the electrocardiogram detector 110 is an electrocardiogram sensor capable of detecting an electrocardiogram of a test subject and is attached to an abdomen, a chest, a wrist, and an arm of the test subject. In this case, the electrocardiogram detector 110 measures the electrocardiogram waveform (that is, P wave, Q wave, R wave, S wave, and T wave) reflecting the electrical activation state of the test subject's heart and provides it to the electrocardiogram corrector 120. .
  • the electrocardiogram waveform that is, P wave, Q wave, R wave, S wave, and T wave
  • the ECG correction unit 120 checks the position of the R waveform from the morphological characteristics of the QRS complex of the EKG waveform of the test subject provided from the ECG detection unit 110 and calculates an 'RR interval'. In this case, by applying the corrected R peak through the regression analysis for each section of the rising and falling sections constituting the Q waveform, in particular, the R waveform, the error of the R waveform according to the low sample rate (that is, 200 Hz of less than 500 Hz) is determined. After calibration, the RR interval is calculated (see Figure 2 below).
  • the morphological characteristics of the QRS complex of the electrocardiogram waveform have a steep slope (i.e., a descending section has a gentler slope than the rising section) as the rising section has a steep slope compared to the falling section. Is less than the number of values constituting.
  • the electrocardiogram information providing unit 130 uses the RR interval calculated by the electrocardiogram corrector 120 to provide HRV (Heart Rate Variability), PTT (Pulse Transit Time), and the like, according to a conventional method that can be easily understood by those skilled in the art. Extract and provide the result.
  • the ECG information providing unit 130 converts the RR interval into a time series signal at the R peak calculated by the ECG correction unit 120 to represent the HRV by rearranging the time series signal.
  • the electrocardiogram device of the present invention has a user interface for confirming the results of the subject's HRV and PTT analyzed by the electrocardiogram waveform or the electrocardiogram information providing unit 130 detected by the electrocardiogram detector 110 ( For example, a monitor or the like) (not shown in FIG. 1) is provided.
  • FIG. 2 is a view for explaining a process of calculating the time coordinate of the R peak corrected by the ECG compensator according to the present invention.
  • the x coordinate of FIG. 2 represents time
  • the y coordinate represents the strength of the heartbeat signal.
  • the ECG compensator 120 selects a predetermined number of consecutive QRS sections (ie, R waveforms) from the ECG waveform detected by the ECG detector 110 in a predetermined number (eg, 10). At this time, the ECG compensator 120 calculates the RR interval by arranging time series of the R peaks for each selected QRS section.
  • the ECG compensator 120 calculates the time coordinate of the R peak in one QRS section as shown in FIG. 2.
  • the ECG compensator 120 checks the R peak of the QRS section using the morphological characteristics of the QRS complex in the ECG waveform as described above. At this time, the ECG compensator 120 classifies a section indicating a steep slope, that is, a section showing a rising slope and a gentle slope, that is, a falling section, around the R peak.
  • the ECG compensator 120 obtains a regression line equation of each section through a regression analysis for each section of the rising section and the falling section as shown in [Equation 1].
  • the ECG compensator 120 calculates the x coordinate of the contact point where the regression line between the rising section and the falling section, that is, the time coordinate (that is, the x coordinate) of the R peak, as shown in Equation 2 below.
  • the x coordinate of the contact point where the regression line of the rising section and the falling section meet indicates the time coordinate of the R peak in which the error is corrected.
  • the x coordinate of the contact point may vary depending on how many coordinates for the regression analysis are included when deriving a regression line corresponding to a rising section and a falling section.
  • the electrocardiogram corrector 120 of the present invention includes four coordinates in the rising section and five coordinates including the R peak in the falling section, as shown in FIG. 2.
  • the ECG compensator 120 may calculate an RR interval having improved accuracy at a low sample rate by calculating a time coordinate of the R peak corrected for each QRS section.
  • the results of comparing the error range with the sample rate of 500 Hz or more and 1000 Hz when the sample rate is 200 Hz or less when the sample rate is 500 Hz or less will be described.
  • the sample rate is 200 Hz
  • the ECG signal is not smooth compared to the ECG signal when the sample rate is 1000 Hz, and the positions of the R peaks are different.
  • the average heart rate of the test subject was 65.8 bpm when sitting and 103.2 bpm when cycling, and the average RR intervals were 912.9 ms and 582.2 ms, respectively.
  • the experiment time was 5 minutes each, and the number of R peaks was 329 when sitting and 516 when cycling.
  • the mean and standard deviations of the error between the RR interval of 200 ms and the RR interval of 200 ms, to which the present invention is not applied, and the RR interval of 1000 ms, are shown as Table 2 below.
  • '200 ms to which the present invention is applied' is referred to as 'IP 200 ms'.
  • the mean of the errors does not change.
  • the standard deviation of the error when sitting is 3.06 when the present invention is not applied (i.e. 200 Hz vs 1000 Hz) and 2.3 when the present invention is applied (IP 200 Hz vs 1000 Hz).
  • Shrunk Similarly, the standard deviation of errors when cycling is 2.24 when the present invention is not applied (ie 200 ⁇ s vs 1000 ⁇ s) and 0.94 when the present invention is applied (IP200 ⁇ s vs 1000 ⁇ s). It was.
  • Blend-Altman Plot As follows.
  • Figure 3 is a view showing the error of '200 ⁇ and 1000 ⁇ not applied to the present invention when the subject is sitting
  • Figure 4 is the' 200 ⁇ and 1000 ⁇ applied to the present invention when the test subject is sitting
  • 5 is a diagram showing an error of '200 ms without the present invention' and 1000 ms when the subject is cycling
  • FIG. 6 is a '200 ms with the present invention' when the subject is cycling.
  • an error of 1000 Hz is a diagram showing an error of '200 ms without the present invention' and 1000 ms when the subject is cycling
  • FIG. 6 is a '200 ms with the present invention' when the subject is cycling.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of acquiring an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.
  • an electrocardiogram device of the present invention selects a predetermined number of R peaks consecutively from an electrocardiogram and classifies a rising section and a falling section around each R peak (S501).
  • the ECG device obtains a regression line equation corresponding to the rising section and the falling oral cavity, and then calculates the time coordinate of the R peak whose error is the x coordinate of the contact point of the regression line corresponding to the rising section and the falling oral cavity (S503).
  • the time coordinate of the R peak is a value in which an error is corrected in the corresponding R peak selected from the ECG.
  • the ECG device acquires an RR interval, which is an ECG signal, by using a time-corrected value of an error-corrected R peak at the corresponding R peak (S505).
  • the ECG apparatus may extract and provide HRV (Heart Rate Variability) or PTT (Pulse Transit Time) which are evaluation indicators of the autonomic nervous system using the RR interval (S507).
  • a low sample rate for example, 500 Hz or less

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Abstract

본 발명은 심전도 장치에 관한 것으로, 특히 낮은 샘플율의 휴대형 심전도 장치에서 심전도 신호 획득시 발생하는 오차를 보정하여 정확한 심전도를 측정할 수 있도록 한 심전도 신호 획득방법 및 그를 이용한 심전도 장치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 심전도 신호 획득 방법에 있어서, 심전도에서 연속된 소정 개수의 R 피크(R peak)를 선별하여 각각의 R 피크를 중심으로 상승구간 및 하강구간을 분류하는 분류 단계; 상기 상승구간 및 상기 하강구간에 대응되는 회귀선을 이용하여 해당 R 피크의 보정값을 계산하는 계산 단계; 및 상기 보정값을 이용하여 심전도 신호를 획득하는 획득 단계를 포함하는 심전도 신호 획득방법 및 이를 이용한 심전도 장치를 제공한다.

Description

심전도 신호 획득 방법 및 그를 이용한 심전도 장치
본 발명은 심전도 장치에 관한 것으로, 특히 낮은 샘플율의 휴대형 심전도 장치에서 심전도 신호 획득시 발생하는 오차를 보정하여 정확한 심전도를 측정할 수 있도록 한 심전도 신호 획득방법 및 그를 이용한 심전도 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자율신경계의 정량적이고 객관적인 평가 지표로서 심박율변이(Heart Rate Variability: HRV) 분석이 활용되고 있다. 이러한 HRV 분석의 신뢰성을 높이기 위해서는 정확한 심전도(Electrocardiogram: ECG) 신호를 획득할 수 있어야 한다. 통상적으로, HRV(Heart Rate Variability) 또는 PTT(Pulse Transit Time)은 보통 500~1000Hz 이상의 높은 샘플율에 따라 분석된다.
특히, HRV는 심전도에서 연속적으로 나타나는 RR 간격을 통해 확인할 수 있다. 이때, 심전도 신호가 최소 500㎐ 이상으로 샘플링될 때 비교적 정확한 R 파형이 획득될 수 있다. 반면에, 심전도 신호가 500㎐ 이하로 샘플링되면, R 파형에 오차가 많아져 부정확한 HRV 분석을 하게 된다.
그런데, 휴대형 심전도 장치의 경우에는 소형화로 인해 저장공간이 부족할 뿐만 아니라 저전력을 위해 500㎐ 이하로 샘플율을 낮춰야 하기 때문에 HRV(Heart Rate Variability) 또는 PTT(Pulse Transit Time) 분석에 있어서 한계가 있다. 즉, 휴대형 심전도 장치의 경우에는 심전도 신호를 500㎐ 이하의 샘플율을 적용함에 따라, 신호 품질이 저하되거나 R 파형 신호의 위치를 정확히 인지할 수 없어, 심전도 정보에 대한 정확성과 신뢰성을 기대할 수 없다.
이를 위해, 종래에는 주파수 영역에서 제로 페딩(Zero-padding)을 이용하는 방식이 제안된 바 있다. 이는 보정(interpolation)된 후 개선된 해상도에서 R 피크(R peak)의 위치를 구하는 방식으로, 시간영역에서의 처리 정확도가 떨어지는 한계가 있다.
따라서, 휴대형 심전도 정차에서 500㎐ 이하의 샘플율에 따라 획득된 심전도에서 RR 간격을 획득함에 있어서, 오차를 보정하여 RR 간격을 얻을 수 있는 방식이 제안될 필요가 있다.
따라서 본 발명은 낮은 샘플율(일례로, 500㎐ 이하)을 갖는 심전도 장치에서 심전도의 QRS 컴플렉스(QRS complex) 형태적 특성을 이용한 샘플들의 회귀선 분석을 통해 R 피크(R peak)의 시간좌표를 계산하여 오차가 보정된 심전도 신호(즉, RR 간격)를 획득함으로써, 궁극적으로 자율신경계의 평가지표로서 심전도 정보인 HRV(Heart Rate Variability), PTT(Pulse Transit Time) 등을 정확하게 추출하여 제공할 수 있도록 하기 위한, 심전도 신호 획득 방법 및 그를 이용한 심전도 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 심전도 신호 획득방법은, 심전도 신호 획득 방법에 있어서, 심전도에서 연속된 소정 개수의 R 피크(R peak)를 선별하여 각각의 R 피크를 중심으로 상승구간 및 하강구간을 분류하는 분류 단계; 상기 상승구간 및 상기 하강구간에 대응되는 회귀선을 이용하여 해당 R 피크의 보정값을 계산하는 계산 단계; 및 상기 보정값을 이용하여 심전도 신호를 획득하는 획득 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따른 심전도 장치는, 심전도 장치에 있어서, 심전도를 감지하여 연속된 소정 개수의 R 파형을 측정하기 위한 심전도 감지 수단; 및 상기 R 파형의 R 피크를 중심으로 분류된 상승구간 및 하강구간에 대응되는 회귀선을 이용하여 해당 R 피크의 보정값을 계산하고, 상기 보정값을 이용하여 심전도 신호를 획득하기 위한 심전도 보정 수단을 포함한다.
본 발명의 또 다른 면에 따른 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 프로세서를 구비한 심전도 장치에, 심전도에서 연속된 소정 개수의 R 피크(R peak)를 선별하여 각각의 R 피크를 중심으로 상승구간 및 하강구간을 분류하는 기능; 상기 상승구간 및 상기 하강구간에 대응되는 회귀선을 이용하여 해당 R 피크의 보정값을 계산하는 기능; 및 상기 보정값을 이용하여 심전도 신호를 획득하는 기능을 실현시킨다.
상기와 같은 본 발명은, 낮은 샘플율(일례로, 500㎐ 이하)을 갖는 심전도 장치에서 심전도의 QRS 컴플렉스(QRS complex) 형태적 특성을 이용한 샘플들의 회귀선 분석을 통해 R 피크(R peak)의 시간좌표를 계산하여 오차가 보정된 심전도 신호(즉, RR 간격)를 획득할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 500㎐ 이하의 샘플율을 갖는 심전도 장치에서 오차가 보정된 RR 간격을 획득함으로써, HRV(Heart Rate Variability) 또는 PTT(Pulse Transit Time)를 추출하여 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 500㎐ 이하의 샘플율을 갖는 휴대형 심전도 장치에 적용되어, 휴대성과 함께 정확한 심전도 측정이 가능하도록 함으로써, 사용자의 신뢰성을 증대시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심전도 장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 심전도 보상부에 의해 보정된 R 피크의 시간좌표를 계산하는 과정을 설명하기 위한 예시도.
도 3은 피실험자가 앉아 있을 때 '본 발명이 적용되지 않은 200㎐' 및 1000㎐의 오차를 나타낸 도면.
도 4는 피실험자가 앉아 있을 때 '본 발명이 적용된 200㎐' 및 1000㎐의 오차를 나타낸 도면.
도 5는 피실험자가 사이클링 할 때 '본 발명이 적용되지 않은 200㎐' 및 1000㎐의 오차를 나타낸 도면.
도 6은 피실험자가 사이클링 할 때 '본 발명이 적용된 200㎐' 및 1000㎐의 오차를 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 심전도 신호 획득 방법을 보인 흐름도.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심전도 장치를 보인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 심전도 장치(이하 "심전도 장치"라 함)는, 자율신경계의 평가지표로서 HRV(Heart Rate Variability), PTT(Pulse Transit Time)를 분석하기 위해 일반적으로 필요한 500㎐∼1000㎐ 이상의 샘플율보다 낮은 수준의 샘플율(여기서는 500㎐ 이하의 200㎐)을 적용하고, 이때 획득된 심전도의 QRS 컴플렉스(QRS complex)의 형태적 특성을 이용하여 오차가 보정된 R 피크(R peak)를 계산함으로써 RR 간격의 정확도를 향상시킨다. 이를 통해 본 발명의 심전도 장치는 자율신경계의 평가지표로서 심전도 정보인 HRV, PTT를 정확히 추출 및 분석할 수 있도록 한다.
본 발명의 심전도 장치는 통상적으로 낮은 수준의 샘플율을 적용하는 소형이고 휴대형인 형태인 경우에 적용될 수 있으나, 이에 한정되어 해석되지 않음을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 심전도 장치는 심전도 감지부(110), 심전도 보정부(120), 심전도 정보 제공부(130)를 포함한다.
심전도 감지부(110)는 피실험자의 심전도를 감지할 수 있는 심전도 센서로서 피실험자의 복부, 가슴, 손목 및 팔 등에 부착된다. 이때, 심전도 감지부(110)는 피실험자 심장의 전기적 활성화 상태를 반영하는 심전도 파형(즉, P파, Q파, R파, S파, T파)을 측정하여 심전도 보정부(120)로 제공한다.
심전도 보정부(120)는 심전도 감지부(110)로부터 제공된 피실험자의 심전도 파형의 QRS 컴플렉스(QRS complex)의 형태적 특성으로부터 R 파형의 위치를 확인하여 'RR 간격(RR interval)'을 계산하는데, 이때 QRS 컴플렉스, 특히 R 파형을 구성하는 상승구간 및 하강구간의 구간별 회귀분석을 통한 보정된 R 피크를 적용함으로써, 낮은 샘플율(즉, 여기서는 500㎐ 이하인 200㎐)에 따른 R 파형의 오차를 보정한 후 RR 간격을 계산한다(후술할 도 2 참조). 여기서, 심전도 파형의 QRS 컴플렉스의 형태적 특성은 상승구간이 하강구간에 비해 가파른 기울기(즉, 하강구간이 상승구간에 비해 완만한 기울기)를 나타냄에 따라 상승구간을 구성하는 값의 개수가 하강구간을 구성하는 값의 개수보다 더 작다.
심전도 정보 제공부(130)는 심전도 보정부(120)에서 계산된 RR 간격을 이용해 당업자라면 쉽게 이해할 수 있는 통상의 방식에 따라 심전도 정보인 HRV(Heart Rate Variability), PTT(Pulse Transit Time) 등을 추출하여 그 결과를 제공한다. 일례로, 심전도 정보 제공부(130)는 심전도 보정부(120)로부터 계산된 R 피크에서 RR 간격을 시계열 신호로 변환한 후 시간축에 재배열함으로써 HRV를 나타낸다.
부가적으로, 본 발명의 심전도 장치는 심전도 감지부(110)에 의해 감지된 피실험자의 심전도 파형이나 심전도 정보 제공부(130)에 의해 분석된 피실험자의 HRV, PTT의 결과를 확인할 수 있는 사용자 인터페이스(일례로, 모니터 등)(도 1에 미도시)를 구비한다.
도 2는 본 발명에 따른 심전도 보상부에 의해 보정된 R 피크의 시간좌표를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 2의 x 좌표는 시간을 나타고, y좌표는 심박동 신호의 세기를 나타낸다.
심전도 보상부(120)는 심전도 감지부(110)를 통해 감지된 심전도 파형에서 임의의 연속된 QRS 구간(즉, R 파형)을 소정의 개수(일례로, 10개)로 선별한다. 이때, 심전도 보상부(120)는 선별된 각각의 QRS 구간별 R 피크의 시간좌표를 구한 후 시계열적으로 배열하여 RR 간격을 계산한다.
이를 위해, 심전도 보상부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 QRS 구간에서 R 피크의 시간좌표를 하기와 같이 계산한다.
먼저, 심전도 보상부(120)는 전술한 바와 같이 심전도 파형에서 QRS 컴플렉스의 형태적 특성을 이용하여 QRS 구간의 R 피크를 확인한다. 이때, 심전도 보상부(120)는 R 피크를 중심으로 가파른 기울기를 나타내는 구간 즉, 상승구간과 완만한 기울기를 나타내는 구간 즉, 하강구간으로 분류한다.
이후, 심전도 보상부(120)는 상승구간과 하강구간의 구간별로 회귀분석(regression analysis)을 통해 각 구간의 회귀선 방정식을 하기 [수학식 1]과 같이 구한다.
[수학식 1]
ｙ＝ａｘ＋ｂ
여기서, a는 회귀선의 기울기(즉, 회귀계수)이고, b는 회귀선의 y축 절편이다. 이에 따라, 도 2에서 상승구간의 회귀선은 ｙ1＝ａ1ｘ＋ｂ1이고, 하강구간의 회귀선은 ｙ2＝ａ2ｘ＋ｂ2이다.
다음으로, 심전도 보상부(120)는 상승구간 및 하강구간의 회귀선이 만나는 접점의 x 좌표 즉, R 피크의 시간좌표(즉, ｘ 좌표)를 하기 [수학식 2]와 같이 계산한다.
[수학식 2]
상승구간: ｙ1＝ａ1ｘ＋ｂ1
하강구간: ｙ2＝ａ2ｘ＋ｂ2
접점의 x 좌표: x＝(ｂ2―ｂ1)／(ａ1―ａ2)
여기서, 상승구간 및 하강구간의 회귀선이 만나는 접점의 x 좌표는 오차가 보정된 R 피크의 시간좌표를 나타낸다. 이때, 접점의 x 좌표는 상승구간과 하강구간에 대응되는 회귀선을 도출할 때 회귀분석용 좌표를 몇 개 포함할지에 따라 변할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 심전도 보정부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 상승구간에 4개의 좌표, 하강구간에 R 피크가 포함된 5개의 좌표를 포함한다.
이와 같이, 심전도 보상부(120)는 QRS 구간별로 보정된 R 피크의 시간좌표를 계산하여 낮은 수준의 샘플율에서 정확도가 향상된 RR 간격을 계산할 수 있다.
한편, 샘플율이 500㎐ 이하인 200㎐일 때 본 발명이 적용되는 경우와 적용되지 않는 경우에, 샘플율이 500㎐ 이상인 1000㎐와의 오차범위를 비교한 결과를 설명한다. 이때, 샘플율이 200㎐일 때 심전도 신호는 샘플율 1000㎐일 때 심전도 신호와 비교하면 부드럽지 못한 모양을 띄며, R 피크의 위치가 서로 다르다.
이를 설명하기 위한 피실험자는 '앉아 있을 때'와 '사이클링 할 때' 각각의 경우에 하기 [표 1]과 같은 심전도 상태를 나타내었다.
표 1
앉아 있을 때 사이클링 할 때
평균 심박수 65.8bpm 103.2bpm
평균 RR 간격 912.9ms 582.2ms
R 피크 개수(실험시간: 5분) 329개 516개
즉, 피실험자의 평균 심박수는 앉아 있을 때에 65.8bpm, 사이클링 할 때에 103.2bpm이고, 평균 RR 간격은 각각 912.9㎳, 582.2㎳이다. 실험시간은 각각 5분이었으며 R 피크의 개수는 앉아 있을 때에 329개, 사이클링 할 때에 516개이다.
먼저, 본 발명이 적용된 200㎐의 RR 간격과 본 발명이 적용되지 않은 200㎐의 RR 간격을 1000㎐의 RR 간격과의 오차의 평균 및 표준편차를 하기 [표 2]와 같이 나타내었다. 이때, 설명의 편의상 '본 발명이 적용된 200㎐'를 "IP200㎐"이라 한다.
표 2
앉아 있을 때 사이클링 할 때
200㎐ vs 1000㎐ IP200㎐ vs1000㎐ 200㎐ vs1000㎐ IP200㎐ vs1000㎐
평균 0.2 0.2 0.12 0.12
표준편차 3.06 2.3 2.24 0.94
상기 [표 2]에 나타난 바와 같이, 오차의 평균은 변화가 없다. 그런데, 앉아 있을 때의 오차의 표준편차는 본 발명이 적용되지 않은 경우(즉, 200㎐ vs 1000㎐)에 3.06이고, 본 발명이 적용된 경우(IP200㎐ vs 1000㎐)에 2.3으로 오차의 범위가 줄어들었다. 마찬가지로, 사이클링 할 때 오차의 표준편차는 본 발명이 적용되지 않은 경우(즉, 200㎐ vs 1000㎐)에 2.24이고, 본 발명이 적용된 경우(IP200㎐ vs 1000㎐)에 0.94로 오차의 범위가 줄어들었다.
다음으로, 본 발명이 적용되지 않는 경우(후술할 도 3 및 도 5 참조)와 본 발명이 적용되는 경우(후술할 도 4 및 도 6 참조)를 블렌드-알트만 플롯(Blend-Altman Plot)으로 나타내면 다음과 같다.
즉, 도 3은 피실험자가 앉아 있을 때 '본 발명이 적용되지 않은 200㎐' 및 1000㎐의 오차를 나타낸 도면이고, 도 4는 피실험자가 앉아 있을 때 '본 발명이 적용된 200㎐' 및 1000㎐의 오차를 나타낸 도면이고, 도 5는 피실험자가 사이클링 할 때 '본 발명이 적용되지 않은 200㎐' 및 1000㎐의 오차를 나타낸 도면이고, 도 6은 피실험자가 사이클링 할 때 '본 발명이 적용된 200㎐' 및 1000㎐의 오차를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4 뿐만 아니라 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 앉아 있을 때 및 사이클링 할 때 모두에서 오차범위가 줄어들었음을 파악할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 심전도 신호 획득 방법을 보인 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 먼저, 본 발명의 심전도 장치는 심전도에서 연속된 소정 개수의 R 피크(R peak)를 선별하여 각각의 R 피크를 중심으로 상승구간 및 하강구간을 분류한다(S501).
이후, 심전도 장치는 상승구간 및 하강구강에 대응되는 회귀선 방정식을 구한 후, 상승구간 및 하강구강에 대응되는 회귀선의 접점의 x 좌표인 오차가 보정된 R 피크의 시간좌표를 계산한다(S503). 이때, R 피크의 시간좌표는 심전도에서 선별된 해당 R 피크에서 오차가 보정된 값이다.
그런 후, 심전도 장치는 해당 R 피크에서 오차가 보정된 값 즉, 오차가 보정된 R 피크의 시간좌표를 이용하여 심전도 신호인 RR 간격을 획득한다(S505). 이때, 심전도 장치는 RR 간격을 이용하여 자율신경계의 평가지표인 HRV(Heart Rate Variability) 또는 PTT(Pulse Transit Time)를 추출하여 제공할 수도 있다(S507).
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 발명에 따르면, 심전도 신호 획득 방법 및 그를 이용한 심전도 장치는 낮은 샘플율(일례로, 500㎐ 이하)을 갖는 심전도 장치에서 심전도의 QRS 컴플렉스(QRS complex) 형태적 특성을 이용한 샘플들의 회귀선 분석을 통해 R 피크(R peak)의 시간좌표를 계산하여 오차가 보정된 심전도 신호(즉, RR 간격)를 획득할 수 있도록 함으로써, 의료기 개발의 활성화에 기여할 수 있다.

Claims (17)

  1. 심전도 신호 획득 방법에 있어서,
    심전도에서 연속된 소정 개수의 R 피크(R peak)를 선별하여 각각의 R 피크를 중심으로 상승구간 및 하강구간을 분류하는 분류 단계;
    상기 상승구간 및 상기 하강구간에 대응되는 회귀선을 이용하여 해당 R 피크의 보정값을 계산하는 계산 단계; 및
    상기 보정값을 이용하여 심전도 신호를 획득하는 획득 단계
    를 포함하는 심전도 신호 획득 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분류 단계는,
    심전도 파형에서 QRS 컴플렉스(QRS complex)의 형태적 특성을 이용하여 각각의 R 피크를 선별하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호 획득 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분류 단계는,
    각각의 R 피크를 중심으로 각 구간의 기울기에 따라 상기 상승구간 및 상기 하강구간을 분류하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호 획득 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 계산 단계는,
    상기 상승구간 및 상기 하강구간에 대응되는 회귀선 간에 접점의 시간좌표를 상기 보정값으로 계산하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호 획득 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시간좌표의 위치는,
    상기 상승구간 및 상기 하강구간에 대응되는 회귀선에 포함시킬 회귀분석용 좌표의 수에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호 획득 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심전도 신호는,
    RR 간격(RR interval)인 것을 특징으로 하는 심전도 신호 획득 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 RR 간격을 이용하여 자율신경계의 평가지표인 HRV(Heart Rate Variability) 또는 PTT(Pulse Transit Time)를 추출하여 제공하는 단계
    를 더 포함하는 심전도 신호 획득 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분류 단계는,
    휴대형 심전도 장치를 위해 500㎐ 이하의 샘플율에 따라 소정 개수의 R 피크를 선별하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호 획득 방법.
  9. 심전도 장치에 있어서,
    심전도를 감지하여 연속된 소정 개수의 R 파형을 측정하기 위한 심전도 감지 수단; 및
    상기 R 파형의 R 피크를 중심으로 분류된 상승구간 및 하강구간에 대응되는 회귀선을 이용하여 해당 R 피크의 보정값을 계산하고, 상기 보정값을 이용하여 심전도 신호를 획득하기 위한 심전도 보정 수단
    을 포함하는 심전도 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 R 파형의 R 피크는,
    심전도에서 QRS 컴플렉스(QRS complex)의 형태적 특성을 이용하여 선별되는 것을 특징으로 하는 심전도 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 상승구간 및 상기 하강구간은,
    상기 R 파형의 R 피크를 중심으로 각 구간의 기울기에 따라 분류되는 것을 특징으로 하는 심전도 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 보정값은,
    상기 상승구간 및 상기 하강구간에 대응되는 회귀선 간에 접점의 시간좌표인 것을 특징으로 하는 심전도 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 시간좌표의 위치는,
    상기 상승구간 및 상기 하강구간에 대응되는 회귀선에 포함시킬 회귀분석용 좌표의 수에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 심전도 장치.
  14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심전도 신호는,
    RR 간격(RR interval)인 것을 특징으로 하는 심전도 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 RR 간격을 이용하여 자율신경계의 평가지표인 HRV(Heart Rate Variability) 또는 PTT(Pulse Transit Time)를 추출하여 제공하는 심전도 정보 제공 수단
    을 더 포함하는 심전도 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 심전도 감지 수단은,
    휴대형 심전도 장치를 위해 500㎐ 이하의 샘플율에 따라 소정 개수의 R 피크를 선별하는 것을 특징으로 하는 심전도 장치.
  17. 프로세서를 구비한 심전도 장치에,
    심전도에서 연속된 소정 개수의 R 피크(R peak)를 선별하여 각각의 R 피크를 중심으로 상승구간 및 하강구간을 분류하는 기능;
    상기 상승구간 및 상기 하강구간에 대응되는 회귀선을 이용하여 해당 R 피크의 보정값을 계산하는 기능; 및
    상기 보정값을 이용하여 심전도 신호를 획득하는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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