KR101420345B1 - System and Method for Detecting R Wave of ECG Signal based on SOM - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차감 동작 기법(Subtractive Operation Method;SOM) 기반으로 심전도 신호의 R파 검출을 수행하여 최소한의 연산량으로 헬스 케어 시스템의 정확한 진단이 가능하도록 한 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, ECG 신호를 입력하는 ECG 신호 입력부;상기 ECG 신호 입력부를 통하여 입력되는 ECG 신호를 전처리하여 기저선의 변동이나 전력선 잡음을 제거하는 전처리부;차감 동작 기법을 적용하여 차감신호를 양의 신호와 음의 신호로 분할하고 샘플링 포인트 내에서 경험적 문턱값과 RR 간격을 이용한 역탐색 기법을 적용하여 현재 신호를 기준으로 이전신호와의 진폭값의 차이만을 계산하여 R파를 검출하는 R파 검출부;를 포함하는 것이다.The present invention relates to an R-wave detection system for electrocardiogram signals based on a subtraction operation technique that enables accurate diagnosis of a healthcare system by performing R-wave detection of an ECG signal based on subtractive operation method (SOM) A pre-processing unit for pre-processing an ECG signal inputted through the ECG signal input unit to remove a variation of a baseline or a power line noise, a subtraction operation method, And a reverse search technique using the empirical threshold value and the RR interval in the sampling point is used to calculate the difference between the amplitude of the previous signal and the R signal to detect the R wave And a detection unit.
Description
본 발명은 헬스 케어 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 차감 동작 기법(Subtractive Operation Method;SOM) 기반으로 심전도 신호의 R파 검출을 수행하여 최소한의 연산량으로 헬스 케어 시스템의 정확한 진단이 가능하도록 한 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a healthcare system, and more particularly, to a subtraction operation method (SOM) that performs R wave detection of an electrocardiogram signal based on a subtractive operation method (SOM) to accurately diagnose a healthcare system with a minimum amount of calculation Based electrocardiogram signal and a method thereof.
일반적으로 ECG(심전도:electrocardiography) 신호의 해석은 인체로부터의 생체신호 획득, 잡음 제거, QRS 파형의 검출 및 진단의 단계를 포함하며, ECG 신호의 분석을 토대로 심장의 이상 유무와 여러 가지 심장질환의 진단에 많이 활용되고 있다.In general, the analysis of ECG signals includes the steps of acquiring biological signals from the human body, removing noise, and detecting and diagnosing QRS waveforms. Based on analysis of ECG signals, It is widely used for diagnosis.
이러한 ECG의 해석은 기준점인 QRS 영역의 검출이 선행되어야 하는데, QRS 영역은 심실의 탈분극(depolarization)을 표현하는 ECG의 중요 특성파 곡선으로 ECG 내의 여러 특성파 중 가장 강조된 모습을 보이며, P파, T파 및 ST 세그먼트와 함께 임상적 진단의 기준이 된다.In the ECG analysis, the detection of the QRS region as the reference point should precede the QRS region. The QRS region is the most important characteristic curve of the ECG, representing the depolarization of the ventricle. T wave and ST segment are the criteria for clinical diagnosis.
특히, QRS 영역 중 R파는 ECG 신호 중 가장 큰 대표 신호라 할 수 있으며, 이 점을 기준으로 다양한 특징점을 검출하기 때문에 R파의 검출성능을 높이기 위한 알고리즘 개발에 많은 노력을 기울여 왔다.In particular, the R-wave in the QRS domain can be regarded as the largest representative signal among the ECG signals. Since various feature points are detected on the basis of this point, much effort has been made in developing an algorithm for improving the detection performance of R-waves.
하지만 R파 검출은 여러 종류의 잡음성분들로 인하여 이를 분석하는데 어려움을 준다. 특히 홀터 심전계에서 가장 큰 문제를 야기하는 부분이 기저선 변동 잡음인데 전극을 부착한 부위의 근육수축과 호흡의 리듬에 따라서 발생하게 된다.However, R wave detection is difficult to analyze due to various kinds of noise components. Particularly, the biggest problem in Holter electrocardiograph is the baseline fluctuation noise, which is caused by muscle contraction and rhythm of respiration in the area where electrodes are attached.
또한, QRS 영역의 진폭과 유사한 T파나 P파를 R파로 오인함으로써 검출의 어려움이 발생한다.Further, detection of the T wave or P wave similar to the amplitude of the QRS domain to the R wave results in difficult detection.
특히 일반인들의 건강상태를 지속적으로 모니터링 해야 하는 헬스케어 시스템에서는 R파의 실시간 검출이 필요하다. ECG 신호처리는 알고리즘에 필요한 하드웨어 및 소프트웨어 자원에 대한 효율성을 고려해야 하며, 사용되는 단말기들은 소형화 및 저전력을 위해 신호처리에 가능한 적은 자원만을 사용해야 한다.In particular, real-time detection of R waves is required in a healthcare system that requires continuous monitoring of the health status of the general public. The ECG signal processing must take into account the efficiency of the hardware and software resources required for the algorithm, and the terminals used should use only as little resources as possible for signal processing for miniaturization and low power consumption.
즉, 최소한의 연산량으로 정확한 R파를 검출함으로써 다양한 부정맥을 분류할 수 있는 적합한 알고리즘의 설계가 필요하다.In other words, it is necessary to design a suitable algorithm that can classify various arrhythmias by detecting accurate R waves with a minimum amount of computation.
일반적으로 R파의 검출은 QRS 영역을 강화시키는 전처리 과정과 문턱치를 적용해서 R파를 강화시키는 과정으로 나누어진다. 전처리 과정에서는 선형필터링과 비선형 신호처리 방법들을 사용하여 QRS 영역을 강조한다.Generally, the detection of R wave is divided into a preprocessing process for enhancing the QRS domain and a process for enhancing the R wave by applying a threshold value. In the preprocessing process, the QRS domain is emphasized using linear filtering and nonlinear signal processing methods.
또 다른 검출 방법으로 웨이블렛 변환을 이용하여 QRS 영역의 주파수 대역에 해당하는 대역을 추출하는 방법들이 사용되었다. 지금까지 ECG 신호의 R파 검출에 대해서는 많은 연구가 이루어져 있으나 가장 대표적인 것으로는 Pan과 Tompkins가 제안한 방식을 들 수 있다.As another detection method, a method of extracting a band corresponding to a frequency band of a QRS region using a wavelet transform has been used. So far, many studies have been done on the detection of R-wave of ECG signal, but Pan and Tompkins proposed the most prominent one.
하지만 이러한 종래 기술의 R파 검출 기법은 측정 대상자가 고정된 상태에서 측정함을 전제하고 있으며, 하드웨어 및 소프트웨어 자원에 대한 효율성을 고려하지 않았다. 따라서 이러한 기법들이 R파 검출률이 높다 하더라도 최근 부각되고 있는 헬스케어 환경에는 적용되기 어려운 방법이다.However, the R wave detection technique of the prior art is based on the assumption that the measurement target is measured in a fixed state, and efficiency of hardware and software resources is not considered. Therefore, even though these techniques have a high detection rate of R wave, this method is not applicable to the healthcare environment that has recently been emphasized.
특히 일반인들의 건강상태를 지속적으로 모니터링 해야하는 헬스케어 시스템에서는 이를 위한 ECG 신호의 실시간 처리가 필요하다. 이를 위해서는 사용되는 단말기들은 소형화 및 저전력을 위해 신호처리에 가능한 적은 자원만을 사용해야 한다.Especially, in a healthcare system that continuously monitors the health status of the general public, it is necessary to process ECG signals in real time. To do this, the terminals used must use only as little resources as possible for signal processing for miniaturization and low power consumption.
즉, 최소한의 연산량으로 정확한 R파를 검출함으로써 다양한 부정맥을 분류할 수 있는 적합한 알고리즘의 설계가 필요하다. In other words, it is necessary to design a suitable algorithm that can classify various arrhythmias by detecting accurate R waves with a minimum amount of computation.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 헬스 케어 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, 차감 동작 기법(Subtractive Operation Method;SOM) 기반으로 심전도 신호의 R파 검출을 수행하여 최소한의 연산량으로 헬스 케어 시스템의 정확한 진단이 가능하도록 한 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problem of the conventional healthcare system, the present invention performs R-wave detection of an electrocardiogram signal based on a Subtractive Operation Method (SOM), so that accurate diagnosis of a healthcare system The present invention provides a system and method for detecting an R wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique.
본 발명은 차감 동작 기법(SOM)으로 심전도 신호의 R파 검출을 하여 현재 신호를 기준으로 이전신호와의 진폭값의 차이만을 계산함으로써 연산량을 줄이는 방법으로 실시간으로 정확한 진단을 해야 하는 헬스케어 시스템에서의 부정맥 분류에 이용할 수 있도록 한 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a method for reducing the amount of computation by calculating R-wave of an electrocardiogram signal by using a subtraction operation method (SOM) and calculating a difference between an amplitude value and a previous signal based on a current signal, The present invention provides a system and a method for detecting an R wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique that can be used for classification of an arrhythmia of a subject.
본 발명은 특정인에 대한 정상적인 생체신호의 속성을 이미 알고 있는 상태에서 최소한의 연산량으로 정확한 R점을 검출하고, 실시간으로 심장질환을 판단할 수 있도록 한 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to an R-wave detection system of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique for detecting an accurate R-point at a minimum calculation amount in a state where a normal biological signal property to a specific person is already known, And a method thereof.
본 발명은 건강상태를 지속적으로 모니터링 해야하는 헬스케어 시스템에서 ECG 신호의 실시간 처리를 하고, 사용되는 단말기들의 소형화 및 저전력을 위해 신호처리에 가능한 적은 자원만을 사용하는 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a method and apparatus for real-time processing of ECG signals in a healthcare system in which health status is continuously monitored, and an R-wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique using only as few resources as possible for signal processing for miniaturization and low- And to provide a detection system and method.
본 발명은 ECG 신호로부터 형태 연산을 통한 전처리 후 잡음을 제거하고 경험적 문턱값과 역탐색 기법을 적용하여 R파를 검출하여 심전도 신호에 포함되어 있는 다양한 잡음을 제거하여 R파를 정확히 검출할 수 있도록 한 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention removes noise after preprocessing from the ECG signal and performs R-wave detection by applying an empirical threshold value and a reverse search technique to remove various noise included in the electrocardiogram signal to accurately detect the R wave And a system and a method for detecting an R wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템은 ECG 신호를 입력하는 ECG 신호 입력부;상기 ECG 신호 입력부를 통하여 입력되는 ECG 신호를 형태 연산으로 전처리하여 기저선의 변동이나 전력선 잡음을 제거하는 전처리부;차감 동작 기법을 적용하여 차감신호를 양의 신호와 음의 신호로 분할하고 샘플링 포인트 내에서 경험적 문턱값과 RR 간격을 이용한 역탐색 기법을 적용하여 현재 신호를 기준으로 이전신호와의 진폭값의 차이만을 계산하여 R파를 검출하는 R파 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a system for detecting an R wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique, comprising: an ECG signal input unit for inputting an ECG signal; an ECG signal input through the ECG signal input unit, A pre-processing unit for eliminating variations in power line noise and power line noise, applying a subtracting operation technique to divide a difference signal into a positive signal and a negative signal, and applying a reverse search technique using an empirical threshold value and an RR interval in a sampling point, And an R wave detector for detecting an R wave only by calculating a difference between the amplitude of the previous signal and the previous signal.
여기서, 상기 R파 검출부에서, 샘플링 포인트는 360Hz의 샘플링 주파수에서 144~432 샘플링 포인트에 해당하는 값으로 각각의 RR 간격의 주기는 약 0.4 ~1.2인 것을 특징으로 한다.Here, in the R wave detector, the sampling point is a value corresponding to 144 to 432 sampling points at a sampling frequency of 360 Hz, and the period of each RR interval is about 0.4 to 1.2.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 방법은 입력되는 ECG 신호를 형태 연산으로 전처리하여 기저선의 변동이나 전력선 잡음을 제거하는 단계;차감신호를 양의 신호와 음의 신호로 분할하고 샘플링 포인트 내에서 R파를 검출하는 단계;RR 간격을 이용한 역탐색 기법을 적용하여 R파 검출을 검증하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of detecting an R wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique, the method comprising the steps of pre-processing an input ECG signal by a morphological operation to remove baseline variation or power line noise, And detecting the R wave in the sampling point, and verifying the R wave detection by applying a reverse search technique using the RR interval.
여기서, 잡음을 제거하는 단계에서,Here, in the step of removing noise,
으로, 입력값(f(n))은 ECG 신호(f)와 구조요소(g(n))의 팽창과 침식을 위한 연산으로 최소화하고, 형태 연산을 통한 필터링 된 결과(Mf (n))는 입력값(f(n))과 ECG 신호 평균값(f avg (n))의 차이를 통해 계산되는 것을 특징으로 한다. , The input value f (n) is minimized to an operation for expansion and erosion of the ECG signal f and the structural element g (n) , and the filtered result Mf (n) Is calculated through the difference between the input value f (n) and the average value of the ECG signal ( f avg (n) ).
그리고 형태 연산의 결과는 연산에 사용되는 구조요소의 형태에 따라 달라지며, 구조 요소의 형태는 구조 요소의 크기, 모양, 길이에 의해서 결정되는 것을 특징으로 한다.The result of the form operation depends on the type of the structure element used in the operation, and the shape of the structure element is determined by the size, shape, and length of the structure element.
그리고 상기 차감신호를 양의 신호와 음의 신호로 분할하고 샘플링 포인트 내에서 R파를 검출하는 단계는, 차감 동작을 통해 현재와 이전 신호의 차감 신호(Xd(n))를 구하고, 문턱값(T1,T2)을 계산하여 만약 그 값이 문턱 값의 조건을 만족하였을 경우 피크 검출을 위한 후보 신호(XD ), 그렇지 않을 경우 0으로 변환하는 단계와, 해당 후보신호를 0.14s(50 샘플링 포인트) 내에서 왼쪽에서 오른쪽으로 검색해가면서 최대값을 찾는 단계를 포함한다. 즉, 인접한 최대값의 위치 사이에 존재하는 시간을 측정하며 정확한 최대값을 찾는 방식으로 구성된다.The step of dividing the difference signal into a positive signal and a negative signal and detecting an R wave in the sampling point includes: obtaining a difference signal X d (n) between a current signal and a previous signal through a subtracting operation; ( X D ) for peak detection if the value satisfies the condition of the threshold value and to 0 if the value does not satisfy the condition of the threshold value; and a step of converting the candidate signal to 0.14s Searching for the maximum value from left to right within the point (point). That is, it measures the time existing between the positions of the adjacent maximum values and finds an accurate maximum value.
그리고 상기 차감 신호(Xd(n))는,The difference signal X d (n)
와 같이 현재와 이전 시간의 진폭 값 차이를 통해 계산되며, 양과 음의 신호로 각각 나누어지는 것을 특징으로 한다. Is calculated through the difference between the amplitude values of the current time and the previous time, and is divided into positive and negative signals, respectively.
그리고 상기 차감 신호(Xd(n))를 후보 신호(XD )로And outputs the difference signal X d (n ) as a candidate signal X D
을 이용하여 변환하고, 경험적 문턱 값에 의해 0, 양의 피크 값(+X d (n)), 음의 피크 값(-X d (n))으로 각각 분할되고, ,는 MIT-BIH 부정맥 데이터베이스 레코드의 양과 음의 진폭 값에 대한 평균인 것을 특징으로 한다. X d (n ) and a negative peak value ( -X d (n) ), respectively, by the empirical threshold value, , Is an average of the positive and negative amplitude values of the MIT-BIH arrhythmia database record.
그리고 상기 RR 간격을 이용한 역탐색 기법을 적용하여 R파 검출을 검증하는 단계는, 차감 동작을 통해 R파가 검출되면, 새로운 R파가 설정된 시간 이내에 다시 발생하는지 판단하는 단계와,새로운 R파가 설정된 시간 이내에 다시 발생하면, T파를 R파로 오인하는 FP가 발생된 것으로 가정하고 이를 평균 RR 간격의 허용 범위 이내에서 검출되었는지 확인하여 다시 R파를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step of verifying the R wave detection by applying the inverse search technique using the RR interval may include the steps of: determining whether a new R wave occurs again within a predetermined time period when an R wave is detected through a subtraction operation; And if it occurs again within the set time, it is assumed that an FP that misinterprets the T wave as an R wave is generated, and that it is detected within the allowable range of the average RR interval, and then the R wave is detected again.
이와 같은 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.The R wave detection system and method of the electrocardiogram signal based on the subtraction operation technique according to the present invention has the following effects.
첫째, 차감 동작 기법(SOM)으로 심전도 신호의 R파 검출을 하여 현재 신호를 기준으로 이전신호와의 진폭값의 차이만을 계산함으로써 연산량을 줄일 수 있다.First, the R wave of the electrocardiogram signal is detected by the subtraction operation method (SOM), and the calculation amount can be reduced by calculating only the difference of the amplitude value from the previous signal based on the current signal.
둘째, 차감 동작 기법 기반에 의한 ECG 신호의 R파 검출에 의해 최소한의 연산량으로 정확한 진단이 가능하다.Second, accurate detection can be performed with minimal computation volume by detecting R-wave of ECG signal based on subtraction operation technique.
셋째, ECG 신호로부터 형태 연산을 통한 전처리 후 잡음을 제거하고 경험적 문턱값과 역탐색 기법을 적용하여 R파를 검출하여 심전도 신호에 포함되어 있는 다양한 잡음을 제거하여 R파를 정확히 검출할 수 있다.Third, after eliminating noise after preprocessing from ECG signal, R wave can be detected by applying empirical threshold and inverse search technique to remove various noise included in ECG signal to accurately detect R wave.
넷째, 복잡한 신호처리를 필요로 하지 않기 때문에 장기간의 모니터링을 수행하는 헬스케어 시스템에서 다양한 부정맥을 실시간으로 분류하는 데 활용이 가능하다.Fourth, because it does not require complicated signal processing, it can be used to classify various arrhythmias in real time in a healthcare system that performs long-term monitoring.
다섯째, 특정인에 대한 정상적인 생체신호의 속성을 이미 알고 있는 상태에서 최소한의 연산량으로 정확한 R점을 검출하여 실시간으로 심장질환을 판단할 수 있다.Fifth, it is possible to judge heart disease in real time by detecting an accurate R point with a minimum calculation amount in a state in which a normal bio-signal property to a specific person is already known.
여섯째, 헬스케어 시스템에서 ECG 신호의 실시간 처리가 가능하고, 사용되는 단말기들의 소형화 및 저전력을 위해 신호처리가 가능하다.Sixth, the ECG signal can be processed in the healthcare system in real time, and signal processing is possible for miniaturization and low power consumption of the terminals used.
일곱째, 사전에 환자의 질병을 예측할 수 있고, 경제적 부담의 경감과 건강 증진을 토대로 사회 경제의 체계적인 건강관리 분야에 기여할 수 있다.
Seventh, it is possible to forecast the disease of the patient in advance and contribute to the systematic health care field of the socioeconomic on the basis of reduction of economic burden and health promotion.
도 1은 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템의 구성도
도 2는 형태 연산을 통한 전처리 과정을 나타낸 구성도
도 3은 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 방법을 나타낸 플로우 차트
도 4는 본 발명에 따른 동적 역탐색 기법을 이용한 R파 검출 방법을 나타낸 플로우 차트
도 5는 형태 연산 필터를 통한 기저선 잡음 제거 결과를 나타낸 플로우 차트
도 6 및 도 7은 차감 동작 기법을 통한 R파 검출 결과를 나타낸 그래프
도 8은 동적 역탐색 기법을 통한 R파 검출 결과를 나타낸 그래프1 is a block diagram of an R-wave detection system of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique according to the present invention
FIG. 2 is a block diagram showing a preprocessing process through a form operation
3 is a flowchart illustrating a method of detecting an R wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique according to the present invention.
4 is a flowchart showing a method of detecting an R wave using the dynamic reverse search technique according to the present invention.
5 is a flowchart showing a result of baseline noise removal through a morphological filter;
6 and 7 are graphs showing the results of R wave detection by the subtraction operation technique
8 is a graph showing the results of R wave detection using the dynamic reverse search technique
이하, 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a system and method for detecting an R wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The features and advantages of the R wave detection system and method of an electrocardiogram signal based on the subtraction operation technique according to the present invention will be apparent from the following detailed description of each embodiment.
도 1은 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템의 구성도이고, 도 2는 형태 연산을 통한 전처리 과정을 나타낸 구성도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of an R-wave detection system of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique according to the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a preprocessing process by a form operation.
본 발명은 차감 동작 기법(SOM)으로 심전도 신호의 R파 검출을 하여 현재 신호를 기준으로 이전신호와의 진폭값의 차이만을 계산함으로써 연산량을 줄이는 방법으로 실시간으로 정확한 진단이 가능하도록 한 것이다.The present invention is to reduce the amount of computation by calculating the difference of the amplitude value from the previous signal based on the current signal by performing R-wave detection of the electrocardiogram signal by the subtraction operation method (SOM), thereby enabling accurate diagnosis in real time.
본 발명은 ECG 신호로부터 형태 연산을 통한 전처리 후 잡음을 제거하고 경험적 문턱값과 역탐색 기법을 적용하여 R파를 검출하여 심전도 신호에 포함되어 있는 다양한 잡음을 제거하여 R파를 정확히 검출할 수 있도록 한 것이다.The present invention removes noise after preprocessing from the ECG signal and performs R-wave detection by applying an empirical threshold value and a reverse search technique to remove various noise included in the electrocardiogram signal to accurately detect the R wave It is.
본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템은 도 1에서와 같이, ECG 신호를 입력하는 ECG 신호 입력부(11)와, ECG 신호 입력부(11)를 통하여 입력되는 ECG 신호를 전처리하여 기저선의 변동이나 전력선 잡음을 제거하는 전처리부(12)와, 차감 동작 기법을 적용하여 차감신호를 양의 신호와 음의 신호로 분할하고 샘플링 포인트 내에서 경험적 문턱값과 RR 간격을 이용한 역탐색 기법을 적용하여 현재 신호를 기준으로 이전신호와의 진폭값의 차이만을 계산하여 R파를 검출하는 R파 검출부(13)를 포함한다.1, the system for detecting an R wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique according to the present invention comprises an ECG
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템의 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 과정은 크게 ECG 신호로부터 전처리 후 잡음을 제거하는 단계, 차감 동작 기법을 적용하여 R파를 검출하는 단계, RR간격을 이용한 역탐색 기법을 적용하여 R파 검출의 효율성을 검증하는 단계로 나누어진다.The R wave detection process of the ECG signal based on the subtraction operation technique of the R wave detection system of the electrocardiogram signal based on the subtraction operation technique according to the present invention having the above configuration can be roughly divided into steps of removing noise after preprocessing from the ECG signal, And a step of verifying the efficiency of the R wave detection by applying a reverse search technique using an RR interval.
정확한 진단을 위해서는 심전도 신호에 포함되어 있는 다양한 잡음을 제거하여 R파를 정확히 검출하는 것이다. 특히 호흡에 의한 기저선의 변동이나 전력선 잡음을 제거하기 위한 전 처리 과정은 필수적이다.For accurate diagnosis, it is necessary to remove various noise included in ECG signal to detect R wave accurately. Especially, the preconditioning process is necessary to remove baseline fluctuation caused by breathing or power line noise.
본 발명은 원신호의 변형을 줄이고 계산량의 복잡도를 최소화하기 위해 형태 연산 기반의 전처리 기법을 적용한다.The present invention applies a pre-processing method based on a morphological operation in order to reduce the deformation of the original signal and minimize the complexity of the calculation amount.
형태연산은 침식(erosion), 팽창(dilation) 연산의 적용 순서에 따라 제거(opening)와 채움(closing) 연산으로 나누어지는데, 제거 연산은 침식 후에 팽창을, 채움 연산은 팽창 후에 침식을 수행하여 양과 음의 피크 값을 제거하는 방식으로 진행된다.The morphological operations are divided into opening and closing operations according to the order of application of erosion and dilation operations. The elimination operation expands after erosion and the filling operation performs erosion after expansion. It proceeds in a way to remove the negative peak value.
본 발명에서 적용한 형태 연산을 이용한 ECG 잡음을 제거하는 과정은 도 2에서와 같다.The process of removing the ECG noise using the form operation applied in the present invention is shown in FIG.
도 2에서와 같이 구조요소(SE:Structure Element)를 이용하여 침식과 팽창 연산을 순차적으로 적용하고 그 평균과의 차이를 통하여 최종적으로 필터링 된 결과를 얻는 과정으로 구성된다.As shown in FIG. 2, the process includes sequentially applying erosion and expansion operations using a structural element (SE), and finally obtaining a filtered result through a difference from the average.
최소한의 연산 량으로 처리의 복잡도를 줄이기 위해 연산자(Operator)를 단순화시킨다.Simplifies the operator to reduce processing complexity with a minimal amount of computation.
R파 검출을 위해서는 ECG 신호 중 단지 QRS 영역의 보존이 필요하며, 이를 위해 수학식 1과 같이 입력값(f(n))은 ECG 신호(f)와 구조요소(g(n))의 팽창과 침식을 위한 연산으로 최소화한다.In order to detect the R wave, it is necessary to preserve only the QRS region of the ECG signal. For this purpose, the input value f (n ) is the sum of the expansion of the ECG signal f and the structure element g (n) Minimize the operation for erosion.
최종적으로 형태 연산을 통한 필터링 된 결과(Mf (n))는 입력값(f(n))과 ECG 신호 평균값(f avg (n))의 차이를 통해 계산된다.The filtered results finally through the operation form (Mf (n)) is calculated from the difference of the input value (f (n)) with the ECG signal mean value (f avg (n)).
여기서, 평균값을 최종 연산을 위한 신호로 선택한 이유는 평균 연산이 DC 오프셋을 제거하는데 용이하기 때문이다. 형태 연산의 결과는 연산에 사용되는 구조요소의 형태에 따라 달라지며, 구조 요소의 형태는 구조 요소의 크기, 모양, 길이에 의해서 결정된다.Here, the reason why the average value is selected as the signal for the final operation is that the average operation is easy to eliminate the DC offset. The result of the form operation depends on the type of the structure element used in the operation, and the shape of the structure element is determined by the size, shape, and length of the structure element.
본 발명에서는 QRS 영역과 유사한 형태의 구조요소를 선택하기 위해 삼각파형의 구조요소를 선택한다.In the present invention, a triangular waveform structure element is selected to select a structure element similar to a QRS region.
본 발명에서 차감 동작 기법을 통해 R파를 검출하는 알고리즘은 현재 신호를 기준으로 현재와 이전 신호와의 진폭 값 차이만을 계산함으로써 연산 량을 줄이는 것이다.In the present invention, the algorithm for detecting the R wave using the subtraction operation technique is to reduce the calculation amount by calculating only the amplitude difference between the current signal and the previous signal based on the current signal.
R파는 우선, 형태 연산을 통해 전 처리 된 신호의 경험적 문턱 값(empirical threshold)과 차감 동작 기법을 이용하여 검출하며, 이 값에 의해 검출되지 않을 경우 RR 간격을 이용한 역 탐색 기법을 사용한다.The R wave is first detected using the empirical threshold and the subtracting method of the preprocessed signal through the form operation, and the reverse search method using the RR interval is used if it is not detected by this value.
차감 동작 기법을 이용한 R파 검출 과정은 도 3에서와 같다.The R wave detection process using the subtraction operation technique is shown in FIG.
도 3은 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 방법을 나타낸 플로우 차트이다.3 is a flowchart illustrating a method of detecting an R wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique according to the present invention.
먼저, 차감 동작을 통해 현재와 이전 신호의 차(Xd(n))를 구하고(S301), 문턱값(T1,T2)를 계산하고(S302), 만약 그 값이 문턱 값의 조건을 만족하였을 경우(S303) 피크 검출을 위한 후보 신호(XD ), 그렇지 않을 경우 0으로 변환된다.(S304)First, a difference ( X d (n) ) between a current signal and a previous signal is obtained through a subtracting operation (S301), threshold values T1 and T2 are calculated (S302), and if the value satisfies the condition of the threshold value (S303), it is converted into a candidate signal ( X D ) for peak detection, or to 0 otherwise (S304)
이후 그 후보신호를 샘플링 포인트 내에서 왼쪽에서 오른쪽으로 검색해가면서 최대값을 찾는다.(S306)Thereafter, the candidate signal is searched from left to right within the sampling point to find the maximum value (S306).
즉 인접한 최대값의 위치 사이에 존재하는 시간을 측정하며 정확한 최대값을 찾는 방식으로 구성된다.That is, it measures the time existing between the positions of the adjacent maximum values and finds an accurate maximum value.
차감 신호(Xd(n))는 수학식 2와 같이 현재와 이전 시간의 진폭 값 차이를 통해 계산되며, 양과 음의 신호로 각각 나누어진다.(305)The subtracted signal X d (n) is calculated through the difference between the amplitude values of the current time and the previous time,
차감신호는 R파 검출을 위한 후보신호로 변환되어야 하는데 , 그 후보신호(XD )는 수학식 3과 같이 경험적 문턱 값에 의해 0, 양의 피크 값(+Xd(n)), 음의 피크 값(-Xd(n))으로 각각 분할된다. The subtracted signal should be converted into a candidate signal for R wave detection. The candidate signal X D is 0, positive peak value (+ X d (n) ) by empirical threshold value as shown in Equation (3) And the peak value ( -X d (n) ).
수학식 3에서 ,는 MIT-BIH 부정맥 데이터베이스 레코드의 양과 음의 진폭 값에 대한 평균을 나타낸다.In Equation 3, , Represents the mean of the positive and negative amplitude values of the MIT-BIH arrhythmia database record.
그리고 T1과 T2는 차감 신호에서 양과 음의 최대값을 찾기 위한 문턱값이다.T1 and T2 are thresholds for finding the maximum positive and negative values of the difference signal.
의학적 정의에 따라 각각의 RR 간격의 주기는 약 0.4 ~1.2이다. 즉 360Hz의 샘플링 주파수에서 144~432 샘플링 포인트에 해당하는 값이다.According to medical definition, the cycle of each RR interval is about 0.4 to 1.2. That is, it corresponds to 144 to 432 sampling points at a sampling frequency of 360 Hz.
예를 들면 MIT-BIH 103번 레코드의 RR 간격 주기는 약 0.864s(311 샘플링 포인트)이며, 그때 샘플링 포인트의 전체 합계는 30분동안 2084*311 이 되며, 이러한 경우 ,는 각각 0.48과 0.47mV가 된다.For example, the RR interval interval for MIT-BIH record 103 is approximately 0.864 s (311 sampling points), where the total sum of the sampling points is 2084 * 311 for 30 minutes, , Are 0.48 and 0.47 mV, respectively.
문턱값 T1과 T2는 각각의 실험값에 근거하며, 이값의 설정 목적은 정확한 양과 음의 최대값을 찾기 위한 것이다.The threshold values T1 and T2 are based on the respective experimental values, and the purpose of setting these values is to find the correct positive and negative maximum values.
하지만 이 두 값이 너무 작게 설정되면 ECG 신호의 RR 간격 내에 존재하는 0이 아닌 값이 많이 발견됨으로써 찾고자 하는 양과 음의 최대값이 쉽게 발견되지 않을 것이며, 너무 높게 설정되면 그 간격 내부에 실제로 존재하는 R파를 제거함으로써 정확한 양과 음의 최대값을 찾을 수 없다.However, if these two values are set too small, a non-zero value existing in the RR interval of the ECG signal is found so that the maximum value and the maximum value to be searched for will not be easily found. If the values are set too high, By removing the R wave, we can not find the exact amount and the maximum value of the sound.
그리고 RR 간격을 이용한 동적 역탐색 기법을 이용한 R파 검출은 다음과 같다.And R wave detection using dynamic reverse search method using RR interval is as follows.
도 4는 본 발명에 따른 동적 역탐색 기법을 이용한 R파 검출 방법을 나타낸 플로우 차트이다.4 is a flowchart illustrating a method of detecting an R wave using the dynamic reverse search technique according to the present invention.
R파 검출 시 P파나 T파를 R파로 오인하는 경우 FP(False Positive)가 발생할 수 있으며, 실제로 R파가 존재함에도 불구하고 이를 검출하지 못하는 TN(True Negative)이 발생할 수 있다.FP (False Positive) may occur when P wave or T wave is detected as R wave when R wave is detected, and TN (True Negative) which can not detect it may occur even if R wave actually exists.
이러한 오 검출을 막기 위해 본 발명에서는 동적 역탐색 기법(Dynamic Backward Searching Method;DBSM)을 사용한다.In order to prevent such erroneous detection, the present invention uses a dynamic backward searching method (DBSM).
역탐색 기법을 통해 오 검출된 R파를 다시 검색하는 과정은 도 4에서와 같다.The process of searching again for the erroneously detected R wave using the inverse search technique is shown in FIG.
차감 동작을 통해 R파가 검출되고(S401), 만약 새로운 R파가(S403) 200ms 이상 360ms 이내에 다시 발생되면(S402), T파를 R파로 오인하는 FP가 발생되었다고 가정하고(S405) 이를 평균 RR 간격의 150% 이내에서 검출되었는지 확인하여(S404) 다시 R파를 검출함으로써(S406) 오 검출을 최대한 낮출 수 있도록 한다.If a new R wave is generated again within a period of 200 ms or more within 360 ms (S402), it is assumed that an FP for causing the T wave to be an R wave is generated (S405) It is confirmed whether or not it is detected within 150% of the RR interval (S404) and the R wave is detected again (S406) so that the false detection can be minimized.
여기서, 역탐색 기간을 200ms 이상 360ms기간으로 설정한 것은 일반적으로 절대 불응기는 보통 200 ms 가량 지속되고 곧이어 반응하는 상대 불응기가 약 150 ms 지속된 다음 서서히 흥분성이 회복되며, 이후 약 10 ms의 잠복기(latency) 후에 심장의 수축이 시작하기 때문이다In this case, when the reverse search period is set to be longer than 200 ms and 360 ms, the absolute reflex period generally lasts for about 200 ms. After the relative reflex period lasts for about 150 ms, the excitation is slowly recovered. because of the contraction of the heart after latency
R파의 평균 검출율은 99.41%의 우수한 성능을 나타내었다.The average detection rate of R wave was 99.41%.
특히 소형화 및 저 전력을 위한 자원의 효율성을 고려하고 이상상태를 감지 후 경고해야 하는 헬스케어 시스템에서는 더욱 효율적일 것으로 판단된다. Especially, it is considered to be more efficient in the healthcare system which considers the efficiency of resources for miniaturization and low power, and warns after abnormal condition is detected.
이와 같은 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법은 형태 연산을 통한 기저선 잡음 제거 특성을 갖는다.The R wave detection system and method of the electrocardiogram signal based on the subtraction operation technique according to the present invention has a baseline noise canceling characteristic through a form operation.
본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템에서, 샘플링 주파수가 360Hz인 MIT/BIH 108번 데이터를 선택하여 형태 연산 필터에 적용하면 다음과 같은 형태 연산을 통한 기저선 잡음 제거 특성을 갖는다.In the R wave detection system of the electrocardiogram signal based on the subtraction operation technique according to the present invention, when the MIT / BIH 108 data with a sampling frequency of 360 Hz is selected and applied to a morphological filter, the baseline noise elimination characteristic .
기저선 발생 구간은 108번 데이터 중에서도 비교적 기저선 변동 폭이 높은 구간을 대상으로 결과를 살펴보면, 도 5(a)와 같이 심전도 원 신호를 본 발명에 따른 알고리즘에 적용하여 기저선 변동을 제거한 신호는 도 5(b)와 같다.As shown in FIG. 5 (a), the ECG signal is applied to the algorithm according to the present invention, and the signal with the baseline variation removed is shown in FIG. 5 (a) b.
기저선 변동 곡선이 제거되었을 뿐만 아니라 DC 성분 역시 제거된 것을 확인할 수 있다. It can be seen that not only the baseline variation curve was removed but also the DC component was also removed.
도 6은 MIT/BIH 108번 레코드에서 기저선 변동이 발생한 1230~1240s 구간을 선택하고, 형태연산 필터에 따른 기저선 잡음 제거 결과를 나타낸 것이다.FIG. 6 shows a result of baseline noise removal according to a morphological filter by selecting a section between 1230 and 1240s in which the baseline variation occurs in the MIT / BIH 108 record.
그리고 본 발명은 형태 연산을 통해 기저선 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 신호를 대상으로 차감 기법을 통하여 R파를 검출하는데, R파 검출을 위한 양의 피크와 음의 피크 추출은 현재와 이전 시간간의 진폭 값 차이를 이용한다.The present invention removes baseline noise through a morphological operation and detects an R wave through a subtracting method for a noise canceled signal. The extraction of a positive peak and a negative peak for R wave detection is performed for the current and previous time The difference between the amplitude values is used.
차감 동작 기법을 통한 양과 음의 피크 값 추출이 R파 검출에 적합한지를 확인하기 위해 100번과 203번 레코드를 통해 그 효율성을 확인하면 다음과 같다.In order to confirm whether the extraction of positive and negative peak values by the subtracting method is suitable for R wave detection, the efficiency is confirmed through the 100th and 203th records as follows.
도 6 및 도 7은 차감 동작 기법을 통한 R파 검출 결과를 나타낸 그래프이다.FIGS. 6 and 7 are graphs showing R wave detection results through a subtraction operation technique.
2개의 레코드를 대상으로 한 이유는 100번 영역은 대부분의 구간이 정상영역을 나타내며, 203번 레코드는 다수의 영역이 부정맥 신호를 담고 있어, 차감 동작을 통한 R파 검출 기법의 효용성을 비교하기가 적합하기 때문이다.The reason for the two records is that most of the 100th region represents the normal region, and the 203th record contains the arrhythmia signal, and the effectiveness of the R wave detection technique through the subtraction operation is compared This is because it is appropriate.
도 6과 같이 100번 레코드의 경우, 일정한 시간 간격을 갖고 실제로 R파가 존재하는 구간에 도 6(b)와 같이 양과 음의 피크 값이 동시에 존재하며, 차감 동작을 통하여 이를 정확하게 검출하는 결과를 나타낸다.As shown in FIG. 6, in the case of the 100th record, positive and negative peak values exist at the same time intervals as shown in FIG. 6 (b) in a region where an R wave exists at a certain time interval. .
도 7과 같이 208번 레코드의 경우, 조기 심실 수축 비트로 인해 QRS 영역이 반전됨으로 인해 R파 검출 성능을 저하시키는 구간이 존재함에도, 100번 레코드와 마찬가지로 일정한 시간 간격을 가지고, 실제로 R파가 존재하는 구간에 양의 도 7(b)와 같이 양과 음의 피크 값이 동시에 존재하며, 차감 동작을 통하여 이를 정확하게 검출하는 결과를 나타내는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 7, in the case of the 208th record, although there is a section that degrades the R wave detection performance due to the inverse of the QRS region due to the early ventricular contraction bit, the R wave is actually present 7 (b), positive and negative peak values are present at the same time, and the result of the subtraction operation is accurately detected through the subtraction operation.
도 8은 동적 역탐색 기법을 통한 R파 검출 결과를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the results of R wave detection using the dynamic reverse search technique.
본 발명에서 차감 동작을 통한 R파 검출 시 FP(False Positive) 또는 TN(True Negative)이 발생함으로써 검출율의 저하를 가져올 수 있는데, 본 발명에서는 MIT-BIH 108번 레코드를 대상으로 동적 역탐색 기법(Dynamic Backward Searching Method)을 통한 R파 검출의 효율성이 검증되는 것을 도 8에서 확인할 수 있다.In the present invention, FP (False Positive) or TN (True Negative) is generated at the time of R wave detection through the subtraction operation, which may result in a lower detection rate. In the present invention, The efficiency of the R wave detection through the dynamic backward searching method is verified in FIG.
108번 레코드의 구간에 오 검출 구간이 존재하지만, 동적 역탐색 기법이 이를 정확하게 검출하는 결과를 나타내고 있다.Although an erroneous detection interval exists in the interval of the 108th record, the dynamic backward search technique accurately detects the result.
이와 같은 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법은 심전도 신호의 R파 검출을 위해 형태 연산을 통한 전처리 과정과 경험적 문턱값과 차감신호를 통해 R파를 검출하였으며, 검출의 효율성을 위하여 RR 간격을 이용한 역탐색 기법을 적용하는 것이다.The system and method for detecting an R wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique according to the present invention detects an R wave using an empirical threshold value and a subtraction signal for detecting an R wave of an electrocardiogram signal, For the efficiency of detection, we use reverse search method using RR interval.
형태 연산 필터의 성능을 입증하기 위해 비교적 기저선 변동 폭이 높은 MIT/BIH 108번 레코드를 선택하여 실험한 결과 기저선 변동 곡선이 제거되었을 뿐만 아니라 DC 성분 역시 제거된 것을 확인할 수 있다.In order to verify the performance of the morphological filter, we have selected MIT / BIH 108 record with relatively high baseline variation, which shows that not only the baseline variation curve but also the DC component is removed.
또한, 차감 동작 기법을 통한 R파 검출의 적합성을 확인하기 위해 정상신호인 100번과 이상신호를 담고 있는 203번 레코드를 통해 그 효율성을 확인한 결과, 차감 동작 기법을 통하여 R파를 정확하게 검출하는 결과를 확인할 수 있다.In order to confirm the suitability of the R wave detection by the subtracting operation technique, the efficiency of the R signal was confirmed through the record of the normal signal of 100 and the abnormal signal of 203. As a result, .
마지막으로 동적 역탐색 기법을 통한 성능을 검증하기 위해 기저선 잡음과 부정맥 구간이 다수 존재하는 108번 레코드를 실험한 결과 차감 동작 기법에서 검출되지 않은 R파가 역탐색 기법에 의해 이를 정확하게 검출하는 결과를 나타낸다.Finally, in order to verify the performance of the dynamic reverse search technique, we have tested 108 records in which there are many baseline noise and arrhythmia intervals. The results show that the undetectable R wave is correctly detected by the reverse search technique .
이상에서 설명한 본 발명에 따른 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템 및 방법은 차감 동작 기법(SOM)으로 심전도 신호의 R파 검출을 하여 현재 신호를 기준으로 이전신호와의 진폭값의 차이만을 계산함으로써 연산량을 줄이는 방법으로 실시간으로 정확한 진단이 가능하도록 한 것이다.The R wave detection system and method of the electrocardiogram signal based on the subtraction operation technique according to the present invention described above can detect the R wave of the electrocardiogram signal by the subtraction operation method (SOM) Which can reduce the computational complexity and enable accurate diagnosis in real time.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It is therefore to be understood that the specified embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense and that the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description and that all such differences falling within the scope of equivalents thereof are intended to be embraced therein It should be interpreted.
11. ECG 신호 입력부 12. 전처리부
13. R파 검출부11. ECG
13. R wave detector
Claims (9)
상기 ECG 신호 입력부를 통하여 입력되는 ECG 신호를 형태 연산으로 전처리하여 기저선의 변동이나 전력선 잡음을 제거하는 전처리부;
차감 동작 기법을 적용하여 현재와 이전 시간의 진폭 값 차이를 통해 계산하여 차감신호를 구하고, 구해진 차감신호를 양의 신호와 음의 신호로 분할하고 샘플링 포인트 내에서 경험적 문턱값과 RR 간격을 이용한 역탐색 기법을 적용하여 현재 신호를 기준으로 이전신호와의 진폭값의 차이만을 계산하여 R파를 검출하는 R파 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템.An ECG signal input unit for inputting an ECG signal;
A preprocessor for preliminarily processing an ECG signal input through the ECG signal input unit by type calculation to remove fluctuations of baseline and power line noise;
The subtraction operation method is applied to calculate the subtracted signal by calculating the difference between the amplitude values of the current time and the previous time. The obtained subtracted signal is divided into a positive signal and a negative signal, and the empirical threshold value and the RR interval And an R-wave detector for detecting the R-wave by calculating a difference between the amplitude of the previous signal and the previous signal based on the search signal.
샘플링 포인트는 360Hz의 샘플링 주파수에서 144~432 샘플링 포인트에 해당하는 값으로 각각의 RR 간격의 주기는 0.4 ~1.2인 것을 특징으로 하는 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 시스템.The apparatus according to claim 1, wherein, in the R wave detector,
Wherein the sampling point is a value corresponding to 144 to 432 sampling points at a sampling frequency of 360 Hz, and a period of each RR interval is 0.4 to 1.2. The R wave detection system of the electrocardiogram signal based on the subtraction operation technique.
차감 동작 기법을 적용하여 현재와 이전 시간의 진폭 값 차이를 통해 계산하여 차감신호를 구하고, 구해진 차감신호를 양의 신호와 음의 신호로 분할하고 샘플링 포인트 내에서 R파를 검출하는 단계;
RR 간격을 이용한 역탐색 기법을 적용하여 R파 검출을 검증하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 방법.Preprocessing the input ECG signal by a form operation to remove baseline variation or power line noise;
Calculating a difference signal by calculating a difference between an amplitude value of a current time and a previous time by applying a subtraction operation technique, dividing the subtracted signal into a positive signal and a negative signal, and detecting an R wave in the sampling point;
And detecting R wave detection by applying an inverse search technique using an RR interval.
으로,
입력값(f(n))은 ECG 신호(f)와 구조요소(g(n))의 팽창과 침식을 위한 연산으로 최소화하고, 형태 연산을 통한 필터링 된 결과(Mf (n))는 입력값(f(n))과 ECG 신호 평균값(f avg (n))의 차이를 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 방법.4. The method of claim 3,
to,
The input value f (n) is minimized by an operation for expansion and erosion of the ECG signal f and the structural element g (n) , and the filtered result Mf (n) (f (n)) with the ECG signal mean value (f avg (n)) R-wave detecting method of the subtraction operation scheme based ECG signals, characterized in that, calculated by the difference.
차감 동작을 통해 현재와 이전 신호의 차감 신호(Xd(n))를 구하고, 문턱값(T1,T2)을 계산하여 만약 그 값이 문턱 값의 조건을 만족하였을 경우 피크 검출을 위한 후보 신호(XD ), 그렇지 않을 경우 0으로 변환하는 단계와,
해당 후보신호를 샘플링 포인트 내에서 왼쪽에서 오른쪽으로 검색해가면서 최대값을 찾는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 방법.4. The method of claim 3, wherein the subtracting operation technique is applied to calculate a subtracted signal by calculating the difference between the current and previous amplitude values, dividing the subtracted signal into a positive signal and a negative signal, Comprising:
A difference signal X d (n) between the current and previous signals is obtained through a subtracting operation and the threshold values T1 and T2 are calculated. If the value of the difference signal satisfies the condition of the threshold value, X D ), and if not, converting to 0,
And searching for a maximum value by searching the candidate signal from the left to the right in the sampling point.
와 같이 현재와 이전 시간의 진폭 값 차이를 통해 계산되며, 양과 음의 신호로 각각 나누어지는 것을 특징으로 하는 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 방법.7. The apparatus of claim 6, wherein the subtracted signal X d (n)
Wherein the difference between the current and previous amplitude values is divided into a positive and a negative signal, respectively.
을 이용하여 변환하고,
경험적 문턱 값에 의해 0, 양의 피크 값(+Xd(n)), 음의 피크 값(-Xd(n))으로 각각 분할되고,
,는 MIT-BIH 부정맥 데이터베이스 레코드의 양과 음의 진폭 값에 대한 평균인 것을 특징으로 하는 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 방법.The method according to claim 6, wherein the difference signal ( X d (n) ) is converted into a candidate signal ( X D )
And then,
Is divided into 0 by the empirical threshold value, a positive peak value (+ X d (n) ), and a negative peak value (- X d (n)
, Is an average of the positive and negative amplitude values of the MIT-BIH arrhythmia database record.
차감 동작을 통해 R파가 검출되면, 새로운 R파가 설정된 시간 이내에 다시 발생하는지 판단하는 단계와,
새로운 R파가 설정된 시간 이내에 다시 발생하면, T파를 R파로 오인하는 FP가 발생된 것으로 가정하고 이를 평균 RR 간격의 허용 범위 이내에서 검출되었는지 확인하여 다시 R파를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차감 동작 기법 기반의 심전도 신호의 R파 검출 방법.
4. The method of claim 3, wherein the step of verifying the R wave detection by applying a reverse search technique using the RR interval comprises:
Determining whether a new R wave occurs again within a set time when an R wave is detected through a subtracting operation;
When the new R wave occurs again within the set time, it is assumed that the FP that misinterprets the T wave as the R wave is generated, and that it is detected whether it is within the allowable range of the average RR interval and then the R wave is detected again A method of detecting an R wave of an electrocardiogram signal based on a subtraction operation technique.
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