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KR102627336B1 - Method and apparatus for estimaing blood pressure using newural architecture search and deep supervision - Google Patents

Method and apparatus for estimaing blood pressure using newural architecture search and deep supervision Download PDF

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KR102627336B1
KR102627336B1 KR1020210115572A KR20210115572A KR102627336B1 KR 102627336 B1 KR102627336 B1 KR 102627336B1 KR 1020210115572 A KR1020210115572 A KR 1020210115572A KR 20210115572 A KR20210115572 A KR 20210115572A KR 102627336 B1 KR102627336 B1 KR 102627336B1
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pressure estimation
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input signal
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치는, 입력 신호의 깊이를 키우기 위한 데이터 전처리부; 제1 셀 및 제2 셀을 추출함으로써, 상기 혈압 추정 모델을 구성하기 위한 신경 구조 검색부; 및 상기 혈압 추정 모델을 학습시키기 위한 심층 감독부를 포함하고, 상기 제1 셀은 노말 셀이고, 상기 제2 셀은 리덕션 셀인 것을 특징으로 한다. A blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques according to an embodiment of the present invention includes a data preprocessor for increasing the depth of the input signal; a neural structure search unit for constructing the blood pressure estimation model by extracting first cells and second cells; and a deep supervisor for learning the blood pressure estimation model, wherein the first cell is a normal cell and the second cell is a reduction cell.

Description

신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMAING BLOOD PRESSURE USING NEWURAL ARCHITECTURE SEARCH AND DEEP SUPERVISION}Blood pressure estimation method and device using neural structure search and deep supervision technique {METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMAING BLOOD PRESSURE USING NEWURAL ARCHITECTURE SEARCH AND DEEP SUPERVISION}

본 발명은 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치에 관한 발명이다. The present invention relates to a method and device for estimating blood pressure using neural structure search and deep supervision techniques.

혈압은 심장과 관련된 병을 진단하는데 있어 매우 중요한 지표이며, 일반적으로, 심장 질환의 예방을 위하여 정기적인 혈압 측정이 요구되고 있다. 고혈압은 심근경색과 심장마비의 위험을 증가시키는 흔하면서 위험한 질환이다. 이때, 심근경색과 심장마비는 사망으로 이어질 위험이 매우 크다. 이에 따라, 최근 간편하게 혈압을 측정할 수 있는 기술들이 개발되어지고 있다. Blood pressure is a very important indicator in diagnosing heart-related diseases, and in general, regular blood pressure measurement is required to prevent heart disease. High blood pressure is a common and dangerous disease that increases the risk of myocardial infarction and heart attack. At this time, the risk of myocardial infarction and heart attack leading to death is very high. Accordingly, technologies that can easily measure blood pressure have recently been developed.

혈압 측정 방법은 크게 침습적 방법과 비침습적 방법으로 나뉠 수 있다. Blood pressure measurement methods can be broadly divided into invasive methods and non-invasive methods.

먼저, 침습적 방법은 동맥 카테터(catheter)를 사용하여 정확한 혈압 값을 측정하는 방법이다. 그러나, 침습적 방법으로 인해 감염과 같은 부작용이 발생할 수 있기 때문에, 일반적인 상황에서는 사용되지 않고 있다. First, the invasive method is a method of measuring accurate blood pressure values using an arterial catheter. However, because the invasive method may cause side effects such as infection, it is not used in general situations.

비침습적 혈압 측정 방법에서, 대표적으로 상완 부분에 커프를 감아 사용하는 수은혈압계 기반의 방법이 대표적이며, 이 방법은 현재 비침습적 혈압 측정 방법의 표준으로 여겨지고 있다. 하지만 수은혈압계 기반의 측정 장비는 무겁고 크기가 커 이동성이 낮아 일상 생활에서 주기적으로 이용하기 어려운 문제가 있다. Among non-invasive blood pressure measurement methods, a representative method is a mercury sphygmomanometer-based method that uses a cuff wrapped around the upper arm, and this method is currently considered the standard for non-invasive blood pressure measurement methods. However, mercury sphygmomanometer-based measurement equipment is heavy and large in size and has low mobility, making it difficult to use it regularly in daily life.

이에, 최근 광용적맵파(PPG; photoplethysmogram) 및 심전도(ECG; electrocardiogram) 센서를 사용한 혈압 추정 방법이 활발하게 연구되고 있다. Accordingly, blood pressure estimation methods using photoplethysmogram (PPG) and electrocardiogram (ECG) sensors have recently been actively studied.

이러한 혈압 추정 방법은, 스마트 장치 또는 웨어러블 장치(예컨대, 스마트 워치 등)에서 쉽게 구현 가능하여, 시간, 장소에 영향없이 혈압을 주기적으로 측정할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 현재 개발된 광용적맥파 및 심전도을 기반으로 하는 혈압 추정 방법들은 아래와 같은 문제점이 있다. This blood pressure estimation method can be easily implemented in a smart device or wearable device (eg, smart watch, etc.), and has the advantage of being able to measure blood pressure periodically without being affected by time or place. However, currently developed blood pressure estimation methods based on photoplethysmography and electrocardiogram have the following problems.

1) 광용적맥파 및 심전도을 기반으로 하는 혈압 추정 방법은, 커프 기반 혈압 측정 장비로부터 얻은 기준 혈압값을 기초로 캘리브레이션 방법을 이용하여 혈압을 추정한다. 이 기준 혈압값은 주기적으로 갱신해주어야 하며, 이는 사용자에게 큰 불편함을 야기할 수 있다. 이를 해결하기 위한 캘리브레이션 프리(calibration-free) 방법이 제안된 바 있으나, 캘리브레이션 프리 방법은 낮은 정확도를 갖는 문제가 있다. 1) The blood pressure estimation method based on photoplethysmography and electrocardiogram estimates blood pressure using a calibration method based on the reference blood pressure value obtained from a cuff-based blood pressure measurement device. This reference blood pressure value must be updated periodically, which can cause great inconvenience to the user. A calibration-free method has been proposed to solve this problem, but the calibration-free method has the problem of low accuracy.

2) 딥러닝 시대에 들어오면서, 혈압과 입력 신호 사이의 관계를 자동으로 분석하는 딥러닝 기반의 혈압 추정 방법이 개발되고 있다(S. Baek Et al., "End-to-end blood pressure prediction via fully convolutional networks," IEEE Access, 2019. 참조). 우수한 추정 성능을 제공하는 깊고 복잡한 종단간(end-to-end) 신경망을 설계하기 위해서는 훈련된 전문가의 상당한 노력이 필요하다. 즉, 기존에는 최적의 신경망 구조를 찾기 위해 숙련된 엔지니어들이 직접 모델을 구성하여 테스트하는 과정이 필수적으로 반복되어야 했고, 따라서, 엔지니어의 많은 노력이 필요했다. 그러나, 엔지니어가 모든 모델을 실험적으로 구현해 볼 수 없기 때문에, 인간이 설계한 해당 신경망 모델이 최적이 모델임을 보장할 수 없는 문제가 있다. 2) Entering the deep learning era, a deep learning-based blood pressure estimation method that automatically analyzes the relationship between blood pressure and input signals is being developed (S. Baek et al., "End-to-end blood pressure prediction via (see “fully convolutional networks,” IEEE Access, 2019). Designing deep and complex end-to-end neural networks that provide good estimation performance requires significant effort from trained experts. In other words, in the past, in order to find the optimal neural network structure, the process of experienced engineers constructing and testing models had to be repeated, thus requiring a lot of effort from engineers. However, because engineers cannot experimentally implement all models, there is a problem in that it cannot be guaranteed that the neural network model designed by humans is the optimal model.

한국공개특허 제10-2019-005724호 '혈압 추정 모델 생성 시스템 및 방법과 혈압 추정 시스템 및 방법'(2019.05.13. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2019-005724 ‘Blood pressure estimation model generation system and method and blood pressure estimation system and method’ (published on May 13, 2019) 한국등록특허 제10-2108961호 '이미지 기반의 인공지능 딥러닝을 이용한 혈압 추정 장치'(2020.05.04. 공개)Korean Patent No. 10-2108961 ‘Blood pressure estimation device using image-based artificial intelligence deep learning’ (published on May 4, 2020) 한국등록특허 제10-2163217호 '심층 컨볼루션 신경망을 이용한 심전도 부정맥 분류 방법 및 장'(2019.12.24. 공개)Korean Patent No. 10-2163217 ‘Electrocardiogram arrhythmia classification method and chapter using deep convolutional neural network’ (published on December 24, 2019)

본 발명의 목적은 신경 구조 검색을 이용하여 자동으로 최적의 모델을 찾아낼 수 있는 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to provide a blood pressure estimation method and device using neural structure search and deep supervision techniques that can automatically find the optimal model using neural structure search.

본 발명의 다른 목적은 광용적맥파 신호의 형태학적 정보를 정답으로 하는 심층 감독 기법을 이용하여 학습할 수 있는 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a neural structure search that can be learned using a deep supervision technique using the morphological information of the photoplethysmographic signal as the answer and a blood pressure estimation method and device using a deep supervision technique.

본 발명의 또 다른 목적은 캘리브레이션-프리에서 혈압 추정 성능을 향상시킬 수 있는 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a blood pressure estimation method and device using neural structure search and deep supervision techniques that can improve blood pressure estimation performance in calibration-free.

본 발명의 실시예에 따른 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치는, 입력 신호의 깊이를 키우기 위한 데이터 전처리부; 제1 셀 및 제2 셀을 추출함으로써, 상기 혈압 추정 모델을 구성하기 위한 신경 구조 검색부; 및 상기 혈압 추정 모델을 학습시키기 위한 심층 감독부를 포함하고, 상기 제1 셀은 노말 셀이고, 상기 제2 셀은 리덕션 셀인 것을 특징으로 한다. A blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques according to an embodiment of the present invention includes a data preprocessor for increasing the depth of the input signal; a neural structure search unit for constructing the blood pressure estimation model by extracting first cells and second cells; and a deep supervisor for learning the blood pressure estimation model, wherein the first cell is a normal cell and the second cell is a reduction cell.

또한, 상기 데이터 전처리부는, 상기 입력 신호를 미분하여 제1 미분 신호 및 제2 미분 신호를 생성하기 위한 미분 처리부; 및 수학식 1에 기초하여, 상기 입력 신호, 상기 제1 미분 신호 및 상기 제2 미분 신호를 순차결합하기 위한 순차 결합부를 포함하고, 상기 수학식 1은, X(t) = X(t)

Figure 112021100672373-pat00001
dX(t)/dt
Figure 112021100672373-pat00002
d2X(t)/dt2이고, X(t)는 상기 입력 신호이고,
Figure 112021100672373-pat00003
는 순차결합(concatenation) 연산을 의미하는 것을 특징으로 한다. In addition, the data pre-processing unit may include a differentiation processing unit for differentiating the input signal to generate a first differential signal and a second differential signal; and a sequential combining unit for sequentially combining the input signal, the first differential signal, and the second differential signal, based on Equation 1, where Equation 1 is:
Figure 112021100672373-pat00001
dX(t)/dt
Figure 112021100672373-pat00002
d 2 X(t)/dt 2 , where X(t) is the input signal,
Figure 112021100672373-pat00003
is characterized in that it means a sequential concatenation operation.

또한, 상기 신경 구조 검색부는, 각각이 복수의 노드들 및 상기 복수의 노드들을 서로 연결하는 혼합 연산자를 포함하는 제1 셀 및 제2 셀을 추출하기 위한 셀 추출부; 상기 혼합 연산자에 대한 복수의 후보 연산자들 각각에 대한 가중치를 설정하기 위한 연산자 가중치 설정부; 학습이 진행됨에 따라, 상기 연산자 가중치를 업데이트하기 위한 가중치 갱신부; 학습이 종료될 때, 연산자 가중치가 최대값을 갖는 후보 연산자를 선택하기 위한 연산자 선택부; 학습 과정에서 상기 혈당 추정 모델의 구조를 평가 세트에 적용하여 성능을 평가하기 위한 평가부; 및 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀로 구성된 복수의 셀들을 쌓아 상기 혈압 추정 모델을 구성하기 위한 모델 구성부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the neural structure search unit may include a cell extractor for extracting a first cell and a second cell, each of which includes a plurality of nodes and a mixing operator connecting the plurality of nodes to each other; an operator weight setting unit configured to set a weight for each of a plurality of candidate operators for the mixing operator; As learning progresses, a weight update unit for updating the operator weights; When learning ends, an operator selection unit for selecting a candidate operator with the maximum operator weight; An evaluation unit for evaluating performance by applying the structure of the blood sugar estimation model to an evaluation set during the learning process; and a model constructor configured to construct the blood pressure estimation model by stacking a plurality of cells composed of the first cell and the second cell.

또한, 상기 복수의 후보 연산자들은, max pooling 1x7, avg. pooling 1x7, skip-connection, standard conv 1x11, dilation conv. 1x7 [dilation=1, 2, 3, 4], 및 none operation 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. Additionally, the plurality of candidate operators include max pooling 1x7, avg. pooling 1x7, skip-connection, standard conv 1x11, dilation conv. It is characterized by one of 1x7 [dilation=1, 2, 3, 4], and none operation.

또한, 상기 평가부는, 수학식 2에 기초하여, 연산자 가중치를 상위 레벨(upper-level) 변수로 하고, 훈련 파라메터를 하위 레벨(lower-level) 변수로 하는 이중 레벨 최적화(bi-level optimization)을 이용하여 평가를 수행하고, 상기 수학식 2는, 이고, 여기서, w는 훈련 파라메터이고, α는 후보 연산자 선택에 대한 연산자 가중치를 의미하는 것을 특징으로 한다. In addition, the evaluation unit performs bi-level optimization with operator weights as upper-level variables and training parameters as lower-level variables, based on Equation 2. The evaluation is performed using, and Equation 2 above is: , where w is a training parameter and α refers to an operator weight for candidate operator selection.

또한, 상기 수학식 2의 L은 수학식 3에 따라 정의되고, 상기 수학식 3은, 인 것을 특징으로 한다. In addition, L in Equation 2 is defined according to Equation 3, and Equation 3 is: It is characterized by being.

또한, 상기 모델 구성부는, 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀로 구성된 8개의 셀들을 쌓아 상기 혈압 추정 모델을 구성하고, 상기 제1 셀은 1번째, 2번째, 4번째, 5번째, 7번째 및 8번째에 위치하고, 상기 제2 셀은 3번째 및 6번째에 위치하는 것을 특징으로 한다. In addition, the model constructor configures the blood pressure estimation model by stacking 8 cells consisting of the first cell and the second cell, and the first cell is the 1st, 2nd, 4th, 5th, 7th, and It is located in the 8th position, and the second cell is located in the 3rd and 6th positions.

또한, 상기 심층 감독부는, 상기 입력 신호와 유사한 형태를 갖는 확률분포 어레이를 생성하기 위한 확률분포 어레이 생성부; 상기 확률분포 어레이를 기초로 왜도 및 첨도를 산출하기 위한 산출부; 및 상기 왜도 및 상기 첨도를 기초로, 상기 입력 신호의 형태학적 정보를 추출하기 위한 형태학적 정보 추출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the deep supervision unit includes a probability distribution array generator for generating a probability distribution array having a similar form to the input signal; a calculation unit for calculating skewness and kurtosis based on the probability distribution array; and a morphological information extraction unit for extracting morphological information of the input signal based on the skewness and kurtosis.

또한, 상기 형태학적 정보 추출부는, 수학식 4를 통해 종합 손실을 추출하고, 상기 수학식 4는 Ltotal=Lmain +r*Laux이고, Ltotal은 종합 손실이고, Lmain은 주 손실이고, Laux는 보조 손실이고, r는 보조 손실 가중치이며, 상기 혈압 추정 모델은, 종합 손실이 최소화하는 방향으로 학습되는 것을 특징으로 한다. In addition, the morphological information extraction unit extracts a comprehensive loss through Equation 4, where Equation 4 is Ltotal=Lmain +r*Laux, Ltotal is the comprehensive loss, Lmain is the main loss, and Laux is the auxiliary loss. , r is the auxiliary loss weight, and the blood pressure estimation model is characterized in that it is learned in a direction that minimizes the overall loss.

또한, 상기 신경 구조 검색부는, 경사하강법 기반 신경 구조 검색(gradient descent-based neural architecture search) 방법을 이용하여, 상기 혈압 추정 모델의 구조를 구성하는 것을 특징으로 한다. In addition, the neural architecture search unit is characterized in that it constructs the structure of the blood pressure estimation model using a gradient descent-based neural architecture search method.

본 발명의 실시예에 따른 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법은, 데이터 전처리부가, 입력 신호의 깊이를 키우는 단계; 신경 구조 검색부가, 제1 셀 및 제2 셀을 추출함으로써, 혈압 추정 모델을 구성하는 단계; 및 심층 감독부가, 상기 혈압 추정 모델을 학습시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 셀은 노말 셀이고, 상기 제2 셀은 리덕션 셀인 것을 특징으로 한다. A blood pressure estimation method using a neural structure search and deep supervision technique according to an embodiment of the present invention includes the steps of a data preprocessor increasing the depth of an input signal; A neural structure search unit constructing a blood pressure estimation model by extracting first cells and second cells; and a deep supervisor training the blood pressure estimation model, wherein the first cell is a normal cell and the second cell is a reduction cell.

또한, 상기 입력 신호의 깊이를 키우는 단계는, 미분 처리부가, 상기 입력 신호를 미분하여 제1 미분 신호 및 제2 미분 신호를 생성하는 단계; 및 순차 결합부가 수학식 1에 기초하여, 상기 입력 신호, 상기 제1 미분 신호 및 상기 제2 미분 신호를 순차결합하는 단계를 포함하고, 상기 수학식 1은, X(t) = X(t)

Figure 112021100672373-pat00006
dX(t)/dt
Figure 112021100672373-pat00007
d2X(t)/dt2이고, X(t)는 상기 입력 신호이고,
Figure 112021100672373-pat00008
는 순차결합(concatenation) 연산을 의미하는 것을 특징으로 한다. In addition, the step of increasing the depth of the input signal includes: generating, by a differentiation processing unit, a first differential signal and a second differential signal by differentiating the input signal; And a sequential combining unit sequentially combining the input signal, the first differential signal, and the second differential signal based on Equation 1, where Equation 1 is:
Figure 112021100672373-pat00006
dX(t)/dt
Figure 112021100672373-pat00007
d 2 X(t)/dt 2 , where X(t) is the input signal,
Figure 112021100672373-pat00008
is characterized in that it means a sequential concatenation operation.

또한, 혈압 추정 모델을 구성하는 단계는, 셀 추출부가, 각각이 복수의 노드들 및 상기 복수의 노드들을 서로 연결하는 혼합 연산자를 포함하는 제1 셀 및 제2 셀을 추출하는 단계; 연산자 가중치 설정부가, 상기 혼합 연산자에 대한 복수의 후보 연산자들 각각에 대한 가중치를 설정하는 단계; 가중치 갱신부가, 학습이 진행됨에 따라, 상기 연산자 가중치를 업데이트하는 단계; 연산자 선택부가, 학습이 종료될 때, 연산자 가중치가 최대값을 갖는 후보 연산자를 선택하는 단계; 평가부가, 학습 과정에서 상기 혈당 추정 모델의 구조를 평가 세트에 적용하여 성능을 평가하는 단계; 및 모델 구성부가, 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀로 구성된 복수의 셀들을 쌓아 상기 혈압 추정 모델을 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, constructing a blood pressure estimation model may include extracting, by a cell extraction unit, a first cell and a second cell, each of which includes a plurality of nodes and a mixing operator connecting the plurality of nodes to each other; setting, by an operator weight setting unit, a weight for each of a plurality of candidate operators for the mixing operator; A weight update unit updating the operator weight as learning progresses; selecting, by an operator selection unit, a candidate operator having the maximum operator weight when learning ends; An evaluation unit evaluating performance by applying the structure of the blood sugar estimation model to an evaluation set during a learning process; and a step of a model constructor constructing the blood pressure estimation model by stacking a plurality of cells composed of the first cell and the second cell.

또한, 상기 혈압 추정 모델을 학습시키는 단계는, 확률분포 어레이 생성부가, 상기 입력 신호와 유사한 형태를 갖는 확률분포 어레이를 생성하는 단계; 산출부가, 상기 확률분포 어레이를 기초로 왜도 및 첨도를 산출하는 단계; 및 형태학적 정보 추출부가, 상기 왜도 및 상기 첨도를 기초로, 상기 입력 신호의 형태학적 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of learning the blood pressure estimation model includes: generating, by a probability distribution array generator, a probability distribution array having a shape similar to that of the input signal; A calculation unit calculating skewness and kurtosis based on the probability distribution array; and a morphological information extraction unit extracting morphological information of the input signal based on the skewness and kurtosis.

본 발명의 실시예에 따른 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법은, 데이터 전처리부가, 입력 신호를 혈압 추정 모델에 적합한 형태로 전처리하는 단계; 신경 구조 검색부가, 제1 셀 및 제2 셀을 추출함으로써, 상기 혈압 추정 모델을 구성하는 단계; 및 심층 감독부가, 상기 혈압 추정 모델을 학습시키는 단계를 포함하고, 상기 신경 구조 검색부는, 경사하강법 기반 신경 구조 검색(gradient descent-based neural architecture search) 방법을 이용하여, 상기 혈압 추정 모델의 구조를 구성하는 것을 특징으로 한다. A blood pressure estimation method using a neural structure search and deep supervision technique according to an embodiment of the present invention includes the steps of a data preprocessing unit preprocessing an input signal into a form suitable for a blood pressure estimation model; A neural structure search unit constructing the blood pressure estimation model by extracting a first cell and a second cell; and a deep supervisor training the blood pressure estimation model, wherein the neural architecture search unit uses a gradient descent-based neural architecture search method to determine the structure of the blood pressure estimation model. It is characterized by configuring.

본 발명의 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치는 신경 구조 검색을 이용하여 자동으로 최적의 모델을 찾아낼 수 있는 효과가 있다. The blood pressure estimation method and device using neural structure search and deep supervision techniques of the present invention have the effect of automatically finding the optimal model using neural structure search.

또한, 본 발명의 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치는 광용적맥파 신호의 형태학적 정보를 정답으로 하는 심층 감독 기법을 이용하여 학습할 수 있는 효과가 있다. In addition, the blood pressure estimation method and device using the neural structure search and deep supervision technique of the present invention have the effect of being able to learn using the deep supervision technique using morphological information of the photoplethysmographic signal as the correct answer.

또한, 본 발명의 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치는 캘리브레이션-프리에서 혈압 추정 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Additionally, the blood pressure estimation method and device using the neural structure search and deep supervision techniques of the present invention have the effect of improving blood pressure estimation performance in calibration-free mode.

또한, 본 발명의 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치는 기존 엔지니어가 디자인한 모델보다 더욱 향상된 추정 성능을 가진 모델을 짧은 시간 안에 얻을 수 있으며, 엔지니어로 인한 개발 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.In addition, the blood pressure estimation method and device using the neural structure search and deep supervision techniques of the present invention can obtain a model with more improved estimation performance in a short time than the model designed by existing engineers, and can save development costs due to engineers. There is a possible effect.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈압 추정 장치의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전처리부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 구조 검색부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심층 감독부에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈압 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 방법을 상세하게 나타내는 순서도이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈압 추정 방법을 나타내는 도면이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈압 추정 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 구조를 자세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 셀의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 셀의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 셀의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 확률분포 어레이를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈압 추정 모델의 구조를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 장치의 성능을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 장치의 추정 성능과 종래의 혈압 추정 장치의 추정 성능을 비교한 결과를 나타내는 도면이다.
1 is a diagram showing a partial configuration of a blood pressure estimation device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram for explaining a data preprocessing unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram for explaining a neural structure search unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining the deep supervision unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flowchart for explaining a method for estimating blood pressure according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a flowchart showing in detail the blood pressure estimation method according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram showing a blood pressure estimation method according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a diagram showing a blood pressure estimation method according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a diagram for explaining in detail the cell structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a diagram for explaining the structure of a first cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is a diagram for explaining the structure of a second cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is a diagram for explaining the function of the second cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 13 is a diagram showing a probability distribution array according to an embodiment of the present invention.
Figure 14 is a diagram showing the structure of a blood pressure estimation model according to an embodiment of the present invention.
Figure 15 is a diagram showing the performance of a blood pressure estimation device according to an embodiment of the present invention.
Figure 16 is a diagram showing the results of comparing the estimation performance of a blood pressure estimation device according to an embodiment of the present invention with that of a conventional blood pressure estimation device.

본 발명을 더욱 상세히 설명한다.The present invention will be described in more detail.

이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention and other matters necessary for those skilled in the art to easily understand the contents of the present invention will be described in detail. However, since the present invention can be implemented in various different forms within the scope set forth in the claims, the embodiments described below are merely illustrative, regardless of whether they are expressed or not.

동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. "및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함할 수 있다.Like reference numerals refer to like elements. Additionally, in the drawings, the thickness, proportions, and dimensions of components are exaggerated for effective explanation of technical content. “And/or” may include any one or more combinations that the associated configurations may define.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.

또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.Additionally, terms such as “below,” “on the lower side,” “above,” and “on the upper side” are used to describe the relationship between the components shown in the drawings. The above terms are relative concepts and are explained based on the direction indicated in the drawings.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms such as “include” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but do not include one or more other features, numbers, or steps. , it should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of operations, components, parts, or combinations thereof.

즉, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. In other words, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms. In the description below, when a part is connected to another part, it is directly connected. In addition, it may also include cases where they are electrically connected with another element in between. In addition, it should be noted that the same components in the drawings are indicated with the same reference numbers and symbols as much as possible, even if they are shown in different drawings.

본 명세서에서, 신경 구조 검색(Neural architecture search)은 자동화된 기계 학습(Automated machine learning) 분야의 하나로써, 학습을 통하여 최적의 신경망 구조를 도출하는 방법이다. 신경 구조 검색은 엔지니어의 작업 및 검증 과정을 최소화하면서, 손쉽게 최적의 신경망 구조를 찾을 수 있다. In this specification, neural architecture search is a field of automated machine learning and is a method of deriving an optimal neural network structure through learning. Neural structure search can easily find the optimal neural network structure while minimizing the engineer's work and verification process.

신경 구조 검색 방법은 강화 학습 기반 신경 구조 검색(reinforcement learning-based neural architecture search), 진화 알고리즘 기반 신경 구조 검색(evolutionary algorithm-based neural architecture search) 및 경사하강법 기반 신경 구조 검색(gradient descent-based neural architecture search)의 3가지 방법으로 분류될 수 있다. Neural architecture search methods include reinforcement learning-based neural architecture search, evolutionary algorithm-based neural architecture search, and gradient descent-based neural architecture search. It can be classified into three methods: architecture search.

NASNet(B. Zoph et al., "Learning transferable architectures for scalable image recognition," IEEE conference on computer vision and pattern recognition, 2018.)은 강화 학습 기반 신경 구조 검색을 대표하는 모델이다. AmoebaNet(E. Real et al., "Regularized evolution for image classifier architecture search," AAAI, 2019)은 진화 알고리즘 기반 신경 구조 검색을 대표하는 모델이다. DARTS; differentiable architecture search (H. Liu et al., "DARTS: Differentiable architecture search," ICLR, 2019) 는 경사하강법 기반 신경 구조 검색을 대표하는 모델이다. NASNet (B. Zoph et al., "Learning transferable architectures for scalable image recognition," IEEE conference on computer vision and pattern recognition, 2018.) is a representative model for reinforcement learning-based neural structure search. AmoebaNet (E. Real et al., "Regularized evolution for image classifier architecture search," AAAI, 2019) is a representative model for neural architecture search based on evolutionary algorithms. DARTS; differentiable architecture search (H. Liu et al., "DARTS: Differentiable architecture search," ICLR, 2019) is a model representing neural architecture search based on gradient descent.

신경 구조 검색 방법으로 찾은 모델은 한정된 검색 공간(search space) 내에서만 모델 구조를 최적화한다. 따라서, 정의된 검색 공간에 따라 성능이 다르지만, 해당하는 검색 공간 내에서는 최소한 로컬 옵티마(local optima)에 수렴하는 모델을 추출할 수 있는 장점을 갖는다.The model found using the neural structure search method optimizes the model structure only within a limited search space. Therefore, although performance varies depending on the defined search space, it has the advantage of being able to extract a model that at least converges to the local optima within the corresponding search space.

본 명세서에서 심층 감독 기법(deep supervision)이란 추정을 위한 모델이 매우 깊은 구조를 가질 때 발생하는 그라디언트 소실(gradient vanishing) 문제를 해결하기 위해 개발된 방법을 의미한다. 심층 감독 기법은 모델의 특정 포인트에 연결되어 보조 손실(auxiliary loss)를 계산하고, 이 계산 값을 주 손실(main loss)에 더하여 계산하여 최종 손실을 도출한다. 심층 감독 기법을 활용한 모델로 가장 잘 알려진 것은 GoogLeNet(C. Szegedy et al., "Going deeper with convolutions," IEEE conference on computer vision and pattern recognition, 2015)이다. In this specification, deep supervision refers to a method developed to solve the gradient vanishing problem that occurs when the model for estimation has a very deep structure. The deep supervision technique connects to specific points in the model to calculate an auxiliary loss, and adds this calculated value to the main loss to arrive at the final loss. The best known model using deep supervision techniques is GoogLeNet (C. Szegedy et al., "Going deeper with convolutions," IEEE conference on computer vision and pattern recognition, 2015).

GoogLeNet 은 여러 개의 보조 헤드(auxiliary head)가 모델의 특정 포인트마다 연결되어 있는 모습을 보인다. GoogLeNet 은 매우 깊은 신경망 구조를 사용하면서도 특정 포인트마다 보조 손실(auxiliary loss)를 계산하여 그라디언트 소실(gradient vanishing) 문제를 해결하고 아랫단까지 학습이 잘 이루어질 수 있도록 한다.GoogLeNet shows multiple auxiliary heads connected to specific points in the model. GoogLeNet uses a very deep neural network structure and calculates an auxiliary loss for each specific point to solve the gradient vanishing problem and enable learning to the bottom.

본 발명에서 심층 감독 기법을 활용하는 이유는 신경 구조 검색을 통해 추출한 노말 셀(normal cell)과 리덕션 셀(reduction cell)을 조합하여 매우 깊은 신경망 구조를 만들 수 있기 때문이다. The reason why the deep supervision technique is used in the present invention is that a very deep neural network structure can be created by combining normal cells and reduction cells extracted through neural structure search.

일반적으로는 보조 손실(auxiliary loss)에서 계산하는 목적과 주 손실(main loss)에서 계산하는 목적은 동일하다, In general, the purpose of calculating in the auxiliary loss and the purpose of calculating in the main loss are the same.

하지만 본 발명에서는 기존의 심층 감독 기법을 수정하여 학습을 더욱 효과적으로 이루어지게 만들 수 있는 방법을 제시한다.However, the present invention proposes a method to make learning more effective by modifying the existing deep supervision technique.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 장치(10)를 나타내는 도면이다. Figure 1 is a diagram showing a blood pressure estimation device 10 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 혈압 추정 장치(10)는 데이터 전처리부(100), 신경 구조 검색부(200), 심층 감독부(300) 및 혈압 추정 모델(400)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the blood pressure estimation device 10 may include a data preprocessor 100, a neural structure search unit 200, a deep supervisor 300, and a blood pressure estimation model 400.

데이터 전처리부(100)는 입력 신호를 혈압 추정 모델에 적합한 형태로 전처리할 수 있다. The data preprocessor 100 may preprocess the input signal into a form suitable for the blood pressure estimation model.

예컨대, 데이터 전처리부(100)는 입력 신호의 깊이를 키울 수 있다. 본 명세서에서, 신호의 깊이는 키우는 것은, 신호의 특징 중 하나인 깊이를 상승시키는 것을 의미한다. For example, the data preprocessor 100 can increase the depth of the input signal. In this specification, increasing the depth of a signal means increasing the depth, which is one of the characteristics of the signal.

구체적으로, 데이터 전처리부(100)는 입력 신호를 미분하여 1차 미분 신호를 생성하고, 1차 미분 신호를 미분하여 2차 미분 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 데이터 전처리부(100)는 원 신호, 1차 미분 신호 및 2차 미분 신호를 결합함으로써, 입력 신호의 깊이를 키울 수 있다. Specifically, the data preprocessor 100 may generate a first-order differential signal by differentiating the input signal and generate a second-order differential signal by differentiating the first-order differential signal. Additionally, the data preprocessor 100 can increase the depth of the input signal by combining the original signal, first differential signal, and second differential signal.

실시예에 따라, 입력 신호는 PPG 신호일 수 있다. 즉, 데이터 전처리부(100)는 PPG 신호인 입력 신호의 깊이를 키울 수 있다. 즉, 데이터 전처리부(100)는 PPG, PPG의 1차 미분 신호 및 PPG의 2차 미분 신호를 순차결합하여 입력 신호의 깊이를 키울 수 있다. 본 명세서에서, PGG 신호는 광용적맵파(PPG; photoplethysmogram) 신호를 의미한다. Depending on the embodiment, the input signal may be a PPG signal. That is, the data preprocessor 100 can increase the depth of the input signal, which is a PPG signal. That is, the data preprocessor 100 can increase the depth of the input signal by sequentially combining the PPG, the first differential signal of the PPG, and the second differential signal of the PPG. In this specification, the PGG signal refers to a photoplethysmogram (PPG) signal.

데이터 전처리부(100)는 PPG 신호를 512 sample 단위로 잘라내고, 이를 기초로, 1차 미분 신호 및 2차 미분 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 데이터 전처리부(100)는 원 신호, 1차 미분 신호 및 2차 미분 신호를 순차결합할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 방법 및 장치는 입력 신호의 채널을 증가시켜 모델이 사용할 수 있는 정보량을 증가시키고, 추정력을 향상시킬 수 있다. The data preprocessor 100 may cut the PPG signal into 512 sample units and generate a first differential signal and a second differential signal based on this. Additionally, the data preprocessor 100 may sequentially combine the original signal, first differential signal, and second differential signal. Through this, the blood pressure estimation method and device according to an embodiment of the present invention can increase the amount of information that the model can use and improve estimation power by increasing the channel of the input signal.

목표(Target)는 동맥 카테터를 통해 얻은 ABP(arterial blood pressure) 신호를, PPG 신호와 같은 부분으로 512 sample 단위로 잘라내고, 이 중 위 peak 들의 평균을 SBP, 아래 peak들의 평균을 DBP로 정한다. The target is to cut the ABP (arterial blood pressure) signal obtained through an arterial catheter into the same part as the PPG signal in units of 512 samples, and determine the average of the upper peaks as SBP and the average of the lower peaks as DBP.

구조 검색 단계(Architecture search stage)에서는 목표(target)만 사용되며, SBP를 위한 모델과 DBP를 위한 모델을 각각 검색하기 때문에, 학습시 목표(target)의 모양(shape)은 m x 1이다. In the architecture search stage, only the target is used, and since the model for SBP and the model for DBP are searched respectively, the shape of the target during learning is m x 1.

구조 평가 단계(Architecture evaluation stage)에서는 목표(target) 및 보조 목표(aux_target)가 모두 사용되며, 보조 목표(aux_target)의 모양(shape)은 m x 2이다. 이 때 상수 2는 왜도 및 첨도를 의미한다. In the architecture evaluation stage, both the target and the aux_target are used, and the shape of the aux_target is m x 2. In this case, the constant 2 means skewness and kurtosis.

신경 구조 검색부(200)는 제1 셀 및 제2 셀을 추출함으로써, 혈압 추정 모델(400)을 구성할 수 있다. 이때, 제1 셀은 노말 셀(Normal cell)이고, 제2 셀은 리덕션 셀(reduction cell)일 수 있다. 이때, 제2 셀은 특징 맵(feature map)의 크기를 절반으로 줄이는 역할을 할 수 있다. The neural structure search unit 200 may construct the blood pressure estimation model 400 by extracting the first cell and the second cell. At this time, the first cell may be a normal cell, and the second cell may be a reduction cell. At this time, the second cell may serve to reduce the size of the feature map by half.

예컨대, 신경 구조 검색부(200)는 경사하강법 기반 신경 구조 검색(gradient descent-based neural architecture search) 방법을 이용하여, 최적의 혈압 추정 모델(400)의 구조를 구성할 수 있다. 실시예에 따라, 신경 구조 검색부(200)는 경사하강법 기반 신경 구조 검색 방법 중 하나인 DARTS(Differentiable architecture search)를 이용할 수 있다. For example, the neural architecture search unit 200 may configure the structure of the optimal blood pressure estimation model 400 using a gradient descent-based neural architecture search method. Depending on the embodiment, the neural architecture search unit 200 may use DARTS (Differentiable architecture search), one of the gradient descent-based neural architecture search methods.

심층 감독부(300)는 혈압 추정 모델을 학습시킬 수 있다. The deep supervisor 300 can learn a blood pressure estimation model.

혈압 추정 모델(400)는 입력 신호를 기초로, 환자의 혈압을 추정할 수 있다. 예컨대, 신경 구조 검색부(200)에 의해 구성된 혈압 추정 모델(400)의 구조는, 제1 셀을 깊게 쌓은 뒤, 1/3 및 2/3 지점에 제2 셀을 삽입한 구조일 수 있다. The blood pressure estimation model 400 can estimate the patient's blood pressure based on the input signal. For example, the structure of the blood pressure estimation model 400 constructed by the neural structure search unit 200 may be a structure in which first cells are stacked deeply and then second cells are inserted at 1/3 and 2/3 points.

혈압 추정 모델(400)은, 환자의 PPG 신호를 입력 신호로 사용할 수 있다. 이때, PPG 신호는 125Hz의 샘플링 레이트를 가질 수 있다. The blood pressure estimation model 400 may use the patient's PPG signal as an input signal. At this time, the PPG signal may have a sampling rate of 125Hz.

혈압 추정 모델(400)의 출력은 아래와 같다. The output of the blood pressure estimation model 400 is as follows.

구조 검색 단계(Architecture search stage)에서는 아키텍쳐(architecture)의 구조를 출력으로 반환할 수 있다. 구체적으로, 어레이(array) 형태의 숫자배열을 반환하며, 어레이의 숫자들은 각 위치마다 아키텍쳐(architecture)의 구조를 의미할 수 있다.The architecture search stage can return the structure of the architecture as output. Specifically, it returns a numeric array in the form of an array, and the numbers in the array can mean the structure of the architecture for each position.

구조 평가 단계(Architecture evaluation stage)에서는 검색 단계(search stage)에서 받은 아키텍쳐(architecture) 구조를 사용하여, 아키텍쳐(architecture)를 만든 뒤, 해당 아키텍쳐(architecture)를 학습시켜 추정 성능을 반환할 수 있다.In the architecture evaluation stage, an architecture can be created using the architecture structure received in the search stage, and the estimated performance can then be returned by learning the architecture.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전처리부(100)를 나타내는 도면이다. Figure 2 is a diagram showing the data preprocessing unit 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 데이터 전처리부(100)는 미분 처리부(110) 및 순차 결합부(120)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the data pre-processing unit 100 may include a differential processing unit 110 and a sequential combining unit 120.

미분 처리부(110)는 입력 신호를 미분하여 제1 미분 신호 및 제2 미분 신호를 생성할 수 있다. The differentiation processing unit 110 may generate a first differential signal and a second differential signal by differentiating the input signal.

순차 결합부(120)는 수학식 1에 기초하여, 입력 신호, 제1 미분 신호 및 제2 미분 신호를 순차결합할 수 있다. The sequential combiner 120 may sequentially combine the input signal, the first differential signal, and the second differential signal based on Equation 1.

[수학식 1] X(t) = X(t)

Figure 112021100672373-pat00009
dX(t)/dt
Figure 112021100672373-pat00010
d2X(t)/dt2, 여기서, X(t)는 입력 신호이고,
Figure 112021100672373-pat00011
는 순차결합(concatenation) 연산을 의미한다. [Equation 1] X(t) = X(t)
Figure 112021100672373-pat00009
dX(t)/dt
Figure 112021100672373-pat00010
d 2 X(t)/dt 2 , where X(t) is the input signal,
Figure 112021100672373-pat00011
means sequential concatenation operation.

따라서 최종적으로 혈압 추정 모델의 인풋으로 들어가는 입력 신호는 X+X'+X''이며, m개의 미니배치 단위로 학습을 진행한다고 가정하였을 때, 인풋의 데이터 차원은 m x 3 x 512가 된다. Therefore, the input signal that ultimately enters the input of the blood pressure estimation model is

이때, 곱해지는 상수 3은 1차 미분 신호 및 2차 미분 신호를 순차결합하기 때문에 나타나는 3차원 데이터를 의미한다. 상수 512는 1차원 신호의 길이를 의미한다. 모델의 인풋 모양(shape)은 구조 검색 단계(architecture search stage)와 구조 평가 단계(architecture evaluation stage)에서 같다. At this time, the multiplied constant 3 means three-dimensional data that appears because the first differential signal and the second differential signal are sequentially combined. The constant 512 refers to the length of the one-dimensional signal. The input shape of the model is the same in the architecture search stage and architecture evaluation stage.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신경 구조 검색부(200)를 나타내는 도면이다. Figure 3 is a diagram showing a neural structure search unit 200 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 신경 구조 검색부(200)는, 셀 추출부(210), 연산자 가중치 설정부(220), 가중치 갱신부(230), 연산자 선택부(240), 평가부(250) 및 모델 구성부(260)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the neural structure search unit 200 includes a cell extraction unit 210, an operator weight setting unit 220, a weight updating unit 230, an operator selection unit 240, an evaluation unit 250, and It may include a model component 260.

셀 추출부(210)는 제1 셀 및 제2 셀을 추출할 수 있다. 제1 셀 및 제2 셀 각각은 복수의 노드(node)들 및 복수의 노드들을 서로 연결하는 혼합 연산자를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 셀 및 제2 셀 중 적어도 하나는 4개의 노드들 및 혼합 연산자로 구성될 수 있다. 이때, 혼합 연산자는 복수의 후보 연산자 중에서 선택될 수 있다. 혼합 연산자는 노드들 사이를 연결하는 연산을 정의할 수 있다. The cell extractor 210 may extract the first cell and the second cell. Each of the first cell and the second cell may include a plurality of nodes and a mixing operator connecting the plurality of nodes to each other. For example, at least one of the first cell and the second cell may be composed of four nodes and a mixing operator. At this time, the mixing operator may be selected from a plurality of candidate operators. Mixed operators can define operations that connect nodes.

혼합 연산자는 복수의 후보 연산자들 내에서의 선택되기 때문에, 검색 공간(search space)은 후보 연산자의 종류에 따라 정의될 수 있다. Because a mixing operator is selected from within a plurality of candidate operators, a search space can be defined according to the type of candidate operator.

연산자 가중치 설정부(220)는 혼합 연산자에 대한 복수의 후보 연산자들 각각에 대한 가중치를 설정할 수 있다. 실시예에 따라, 본 발명에서는 9개의 후보 연산자들이 사용될 수 있다. 만약, 너무 많은 후보 연산자가 사용되면, 각 후보 연산자들에 대응하는 가중치가 너무 작아서 학습이 제대로 수행되지 않을 수 있고, 검색 공간이 커져서 학습 시간이 과도하게 오래 걸리는 문제가 발생할 수 있다. The operator weight setting unit 220 may set a weight for each of a plurality of candidate operators for a mixed operator. Depending on the embodiment, 9 candidate operators may be used in the present invention. If too many candidate operators are used, the weights corresponding to each candidate operator may be too small, so learning may not be performed properly, and the search space may become large, causing an issue where learning time takes an excessively long time.

이때, 복수의 후보 연산자들 각각은, max pooling 1x7, avg. pooling 1x7, skip-connection, standard conv 1x11, dilation conv. 1x7 [dilation=1, 2, 3, 4], 및 none operation 중 어느 하나일 수 있다. 복수의 후보 연산자들에는 가중치가 할당될 수 있다. 혈압 추정 모델(400)이 학습됨에 따라, 가중치는 업데이트되고, 마지막에 가중치가 가장 높은 후보 연산자가 최종적으로 선택될 수 있다. 따라서, 혼합 연산자 설계를 위해서는 먼저 후보 연산자 목록이 정의되어야 한다. At this time, each of the plurality of candidate operators is max pooling 1x7, avg. pooling 1x7, skip-connection, standard conv 1x11, dilation conv. It can be any one of 1x7 [dilation=1, 2, 3, 4], and none operation. Weights may be assigned to a plurality of candidate operators. As the blood pressure estimation model 400 is learned, the weights are updated, and the candidate operator with the highest weight may be finally selected. Therefore, to design a mixed operator, a list of candidate operators must first be defined.

가중치 갱신부(230)는 학습이 진행됨에 따라, 연산자 가중치를 업데이트할 수 있다.The weight update unit 230 may update operator weights as learning progresses.

연산자 선택부(240)는 학습이 종료될 때, 연산자 가중치가 최대값을 갖는 후보 연산자를 선택할 수 있다. When learning ends, the operator selection unit 240 may select a candidate operator with the maximum operator weight.

평가부(250)는 학습 과정에서 혈당 추정 모델의 구조를 평가 세트(evaluation set)에 적용하여 성능을 평가할 수 있다. 그리고, 신경 구조 검색부(200)의 평가부(250)는 확인 결과를 기초로 혈압 추정 모델의 구조를 개선시키기 위하여 학습할 수 있다.The evaluation unit 250 may evaluate performance by applying the structure of the blood sugar estimation model to an evaluation set during the learning process. Additionally, the evaluation unit 250 of the neural structure search unit 200 may learn to improve the structure of the blood pressure estimation model based on the confirmation result.

예컨대, 평가부(250)는, 수학식 2에 기초하여, 연산자 가중치를 상위 레벨(upper-level) 변수로 하고, 훈련 파라메터를 하위 레벨(lower-level) 변수로 하는 이중 레벨 최적화(bi-level optimization)을 이용하여 평가를 수행할 수 있다. For example, the evaluation unit 250 performs bi-level optimization (bi-level optimization) with operator weights as upper-level variables and training parameters as lower-level variables, based on Equation 2. Evaluation can be performed using optimization.

[수학식 2] 이고, 여기서, w는 훈련 파라메터이고, α는 후보 연산자 선택에 대한 연산자 가중치를 의미할 수 있다. [Equation 2] , where w is a training parameter and α may mean an operator weight for candidate operator selection.

수학식 2의 L은 수학식 3에 따라 정의될 수 있다. L in Equation 2 can be defined according to Equation 3.

[수학식 3] [Equation 3]

모델 구성부(260)는 제1 셀 및 제2 셀로 구성된 복수의 셀들을 쌓아 혈압 추정 모델을 구성할 수 있다. The model constructor 260 may construct a blood pressure estimation model by stacking a plurality of cells composed of first cells and second cells.

예컨대, 모델 구성부(260)는, 제1 셀 및 제2 셀로 구성된 8개의 셀들을 쌓아 혈압 추정 모델을 구성할 수 있다. 제1 셀은 1번째, 2번째, 4번째, 5번째, 7번째 및 8번째에 위치하고, 제2 셀은 3번째 및 6번째에 위치할 수 있다. 제2 셀은 특성 맵(Feature map)의 사이즈를 줄이는 역할을 할 수 있다. For example, the model constructor 260 may construct a blood pressure estimation model by stacking 8 cells consisting of a first cell and a second cell. The first cell may be located at the 1st, 2nd, 4th, 5th, 7th, and 8th positions, and the second cell may be located at the 3rd and 6th positions. The second cell may serve to reduce the size of the feature map.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 심층 감독부(300)를 나타내는 도면이다. 본 발명의 심층 감독부(300)는 최종적으로 혈압 추정 모델(400)을 학습시킬 수 있다. 심층 감독부(300)는 1개의 보조 헤드(auxiliary head)를 사용하며, 2번째 리덕션 셀(reduction cell)과 연결될 수 있다. 일반적으로 보조 손실(auxiliary loss)의 목표(target)는 주 손실(main loss)의 목표(target)와 같다. 그러나, 본 발명의 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치는 더욱 효과적인 학습을 위해 보조 손실의 목표로 입력 신호의 형태학적 정보를 사용한다. 예컨대, 심층 감독부(300)는 왜도(skewness)와 첨도(kurtosis)를 사용하여 입력 신호의 형태학적 정보를 추출할 수 있다. Figure 4 is a diagram showing the deep supervision unit 300 according to an embodiment of the present invention. The deep supervisor 300 of the present invention can ultimately learn the blood pressure estimation model 400. The deep supervision unit 300 uses one auxiliary head and can be connected to a second reduction cell. In general, the target of the auxiliary loss is the same as the target of the main loss. However, the blood pressure estimation method and device using neural structure search and deep supervision techniques of the present invention use morphological information of the input signal as the goal of auxiliary loss for more effective learning. For example, the deep supervisor 300 may extract morphological information of the input signal using skewness and kurtosis.

도 4를 참조하면, 심층 감독부(300)는, 확률분포 어레이 생성부(310), 산출부(320) 및 형태학적 정보 추출부(330)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the deep supervisor 300 may include a probability distribution array generator 310, a calculation unit 320, and a morphological information extraction unit 330.

확률분포 어레이 생성부(310)는 입력 신호와 유사한 형태를 갖는 확률분포 어레이를 생성할 수 있다. The probability distribution array generator 310 may generate a probability distribution array having a similar shape to the input signal.

산출부(320)는 확률분포 어레이를 기초로 왜도 및 첨도를 산출할 수 있다. 예컨대, 왜도 및 첨도는, 확률분포의 형태를 나타내는 정보일 수 있다. 왜도 및 첨도는 입력 신호에서 바로 구할 수 없다.The calculation unit 320 may calculate skewness and kurtosis based on the probability distribution array. For example, skewness and kurtosis may be information indicating the form of a probability distribution. Skewness and kurtosis cannot be obtained directly from the input signal.

형태학적 정보 추출부(330)는 왜도 및 첨도를 기초로, 입력 신호의 형태학적 정보를 추출할 수 있다.The morphological information extraction unit 330 may extract morphological information of the input signal based on skewness and kurtosis.

예컨대, 형태학적 정보 추출부(330)는, 수학식 4를 통해 종합 손실을 산출함으로써, 입력 신호의 형태학적 정보를 추출할 수 있다.For example, the morphological information extraction unit 330 can extract morphological information of the input signal by calculating the comprehensive loss through Equation 4.

[수학식 4] - Ltotal=Lmain +r*Laux [Equation 4] - Ltotal=Lmain +r*Laux

상기 수학식 4에서 Ltotal은 종합 손실이고, Lmain은 주 손실이고, Laux는 보조 손실이고, r는 보조 손실 가중치를 의미할 수 있다.In Equation 4 above, Ltotal may refer to the overall loss, Lmain may refer to the main loss, Laux may refer to the auxiliary loss, and r may refer to the auxiliary loss weight.

주 손실은, 목표 혈압과 추정 혈압 간의 차이를 의미하고, 보조 손실은 보조 목표인 첨도 및 왜도로 이뤄진 2차원 벡터와 추정 벡터 사이의 거리 차이를 의미할 수 있다. The main loss may refer to the difference between the target blood pressure and the estimated blood pressure, and the auxiliary loss may refer to the distance difference between the estimated vector and the two-dimensional vector consisting of kurtosis and skewness, which are auxiliary targets.

이 때, 보조 손실 가중치는 0.1~0.6 사이의 값일 수 있다. 바람직하게는, 보조 손실 가중치는 0.2일 수 있다. At this time, the auxiliary loss weight may be a value between 0.1 and 0.6. Preferably, the auxiliary loss weight may be 0.2.

혈압 추정 모델은, 종합 손실이 최소화하는 방향으로 학습될 수 있다. The blood pressure estimation model can be learned in a way that minimizes overall loss.

이렇게 입력 신호의 형태학적 정보를 보조 손실의 목표로 설정하면, 모델의 깊은 곳까지 잘 학습될 수 있다. 따라서, 본 발명의 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치는 그라디언트 소실(gradient vanishing) 문제를 방지할 뿐만 아니라, 모델의 아랫단이 신호의 형태까지 추정할 수 있도록 학습되어, 전체 모델의 혈압 추정 성능을 향상시킬 수 있다. 이는 PPG 신호의 형태가 혈압과 연관성이 있기 때문에 가능하다. If you set the morphological information of the input signal as the goal of the auxiliary loss, the deep part of the model can be well learned. Therefore, the blood pressure estimation method and device using the neural structure search and deep supervision technique of the present invention not only prevents the gradient vanishing problem, but also learns to estimate the shape of the signal at the bottom of the model, so that the entire model Blood pressure estimation performance can be improved. This is possible because the shape of the PPG signal is related to blood pressure.

수정된 심층감독 기법(Modified Deep Supervision)의 보조 목표(aux_target)으로 사용되는 PPG의 형태학적 정보는 구조 검색 단계(Architecture search stage)에서는 사용되지 않고, 구조 평가 단계(architecture evaluation stage)에서 사용될 수 있다. PPG의 형태학적 정보는 512 sample 단위로 잘라낸 입력 신호를 각 pulse(PPG 신호의 가장 기초적 형태)로 다시 잘라내고, 이를 pulse-like histogram으로 변환하여 왜도 및 첨도 값을 근사하여 얻을 수 있다. The morphological information of PPG, which is used as an aux_target of Modified Deep Supervision, is not used in the architecture search stage, but can be used in the architecture evaluation stage. . Morphological information of PPG can be obtained by cutting the input signal cut into 512 sample units again into each pulse (the most basic form of the PPG signal), converting it into a pulse-like histogram, and approximating the skewness and kurtosis values.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 방법을 나타내는 순서도이다. Figure 5 is a flowchart showing a blood pressure estimation method according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 혈압 추정 방법이 설명된다. Below, with reference to FIGS. 1 to 5, a blood pressure estimation method is described.

먼저, 데이터 전처리부(100)는 입력 신호를 혈압 추정 모델(400)에 적합한 형태로 전처리할 수 있다. 예컨대, 데이터 전처리부(100)는 입력 신호의 깊이를 키울 수 있다(S10).First, the data preprocessor 100 may preprocess the input signal into a form suitable for the blood pressure estimation model 400. For example, the data preprocessor 100 can increase the depth of the input signal (S10).

신경 구조 검색부(200)는 제1 셀 및 제2 셀을 추출함으로써, 혈압 추정 모델(400)을 구성할 수 있다(S20). 제1 셀은 노말 셀이고, 제2 셀은 리덕션 셀이다. The neural structure search unit 200 may construct the blood pressure estimation model 400 by extracting the first cell and the second cell (S20). The first cell is a normal cell, and the second cell is a reduction cell.

예컨대, 신경 구조 검색부(200)는, 경사하강법 기반 신경 구조 검색(gradient descent-based neural architecture search) 방법을 이용하여, 혈압 추정 모델의 구조를 구성할 수 있다.For example, the neural architecture search unit 200 may construct the structure of the blood pressure estimation model using a gradient descent-based neural architecture search method.

심층 감독부(300)는 혈압 추정 모델(400)을 학습시킬 수 있다(S30). The deep supervisor 300 may train the blood pressure estimation model 400 (S30).

혈압 추정 모델(400)은 입력 신호를 기초로 혈압 값을 추정할 수 있다(S40). The blood pressure estimation model 400 can estimate the blood pressure value based on the input signal (S40).

도 6는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 방법을 상세하게 나타내는 순서도이다. Figure 6 is a flowchart showing in detail the blood pressure estimation method according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 도 5의 입력 신호의 깊이를 키우는 단계(S10)가 상세하게 설명된다. Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 6, the step (S10) of increasing the depth of the input signal of FIG. 5 will be described in detail.

먼저, 미분 처리부(110)는 입력 신호를 미분하여 제1 미분 신호 및 제2 미분 신호를 생성할 수 있다(S110). First, the differentiation processing unit 110 may generate a first differential signal and a second differential signal by differentiating the input signal (S110).

순차 결합부(120)는 입력 신호, 제1 미분 신호 및 제2 미분 신호를 순차결합할 수 있다(S120).The sequential combining unit 120 may sequentially combine the input signal, the first differential signal, and the second differential signal (S120).

도 7는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 방법을 상세하게 나타내는 순서도이다. Figure 7 is a flowchart showing in detail the blood pressure estimation method according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 도 5의 혈압 추정 모델(400)을 구성하는 단계(S20)가 상세하게 설명된다. Below, with reference to FIGS. 1 to 7 , the step S20 of constructing the blood pressure estimation model 400 of FIG. 5 will be described in detail.

먼저, 셀 추출부(210)는 각각이 복수의 노드들 및 복수의 노드들을 서로 연결하는 혼합 연산자를 포함하는 제1 셀 및 제2 셀을 추출할 수 있다(S210).First, the cell extractor 210 may extract a first cell and a second cell, each of which includes a plurality of nodes and a mixing operator connecting the plurality of nodes to each other (S210).

연산자 가중치 설정부(220)는 혼합 연산자에 대한 복수의 후보 연산자들 각각에 대한 가중치를 설정할 수 있다(S220).The operator weight setting unit 220 may set a weight for each of a plurality of candidate operators for the mixed operator (S220).

가중치 갱신부(230)는 학습이 진행됨에 따라, 연산자 가중치를 업데이트할 수 있다(S230).The weight update unit 230 may update the operator weight as learning progresses (S230).

연산자 선택부(240)는 학습이 종료될 때, 연산자 가중치가 최대값을 갖는 후보 연산자를 선택할 수 있다(S240).When learning ends, the operator selection unit 240 may select a candidate operator with the maximum operator weight (S240).

평가부(250)는 학습 과정에서 혈당 추정 모델의 구조를 평가 세트에 적용하여 성능을 평가할 수 있다(S250).The evaluation unit 250 may evaluate performance by applying the structure of the blood sugar estimation model to the evaluation set during the learning process (S250).

모델 구성부(260)는 제1 셀 및 제2 셀로 구성된 복수의 셀들을 쌓아 혈압 추정 모델을 구성할 수 있다(S260).The model constructor 260 may construct a blood pressure estimation model by stacking a plurality of cells consisting of a first cell and a second cell (S260).

도 8는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 방법을 상세하게 나타내는 순서도이다. Figure 8 is a flowchart showing in detail the blood pressure estimation method according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 도 5의 혈압 추정 모델(400)을 학습시키는 단계(S30)가 상세하게 설명된다. Below, with reference to FIGS. 1 to 8 , the step S30 of learning the blood pressure estimation model 400 of FIG. 5 will be described in detail.

먼저, 확률분포 어레이 생성부(310)는 입력 신호와 유사한 형태를 갖는 확률분포 어레이를 생성할 수 있다(S310).First, the probability distribution array generator 310 may generate a probability distribution array having a similar form to the input signal (S310).

산출부(320)는 확률분포 어레이를 기초로 왜도 및 첨도를 산출할 수 있다(S320).The calculation unit 320 may calculate skewness and kurtosis based on the probability distribution array (S320).

형태학적 정보 추출부(330)는 왜도 및 첨도를 기초로, 입력 신호의 형태학적 정보를 추출할 수 있다(S330). The morphological information extraction unit 330 may extract morphological information of the input signal based on skewness and kurtosis (S330).

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조를 나타내는 도면이다. Figure 9 is a diagram showing a cell structure according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 제1 셀 및 제2 셀 중 어느 하나는, 4개의 노드들 및 혼합 연산자로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 9, either the first cell or the second cell may be composed of four nodes and a mixing operator.

혼합 연산자자는 여러 개의 후보 연산자로 구성되며, 각 후보 연산자마다 해당 후보 연산이 선택될 확률인 가중치가 결합되어 있고, 학습을 진행하면서 가중치가 업데이트될 수 있다. 학습이 종료되면, 혼합 연산자는 가중치가 높은 후보 연산자만 남기고, 다른 후보 연산자를 제거함으로써 혈압 추정 모델이 확정될 수 있다. A mixed operator consists of several candidate operators, and each candidate operator is combined with a weight, which is the probability that the candidate operation will be selected, and the weight can be updated as learning progresses. When learning is completed, the blood pressure estimation model can be confirmed by the mixing operator leaving only candidate operators with high weight and removing other candidate operators.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제1 셀의 구조를 나타내는 도면이다. Figure 10 is a diagram showing the structure of a first cell according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 신경 구조 검색(Neural architecture search) 방법을 통해 추출한 제1 셀, 즉 노말 셀(normal cell)의 구조가 도시된다. Referring to FIG. 10, the structure of the first cell, that is, a normal cell, extracted through a neural architecture search method is shown.

도 9에서 설명된 셀의 구조에서, 학습이 진행됨에 따라, 높은 가중치를 가진 후보 연산으로 변환하여 추출된다. 활성화 함수(activation function)로는 ReLU(rectified linear unit)이 사용되었고, Pooling 연산 과 skip-connection을 제외하고는 연산 후 batch-normalization을 적용하였다.In the cell structure described in FIG. 9, as learning progresses, candidate operations with high weights are converted and extracted. ReLU (rectified linear unit) was used as the activation function, and batch-normalization was applied after the operation, except for pooling operation and skip-connection.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제2 셀의 구조를 나타내는 도면이다. Figure 11 is a diagram showing the structure of a second cell according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 신경 구조 검색(Neural architecture search) 방법을 통해 추출한 제2 셀, 즉 리덕션 셀(reduction cell)의 구조가 도시된다. Referring to FIG. 11, the structure of a second cell, that is, a reduction cell, extracted through a neural architecture search method is shown.

도 9에서 설명된 셀의 구조에서, 학습이 진행됨에 따라, 높은 가중치를 가진 후보 연산으로 변환하여 추출된다. 활성화 함수(activation function)로는 ReLU(rectified linear unit)이 사용되었고, Pooling 연산 과 skip-connection을 제외하고는 연산 후 batch-normalization을 적용하였다.In the cell structure described in FIG. 9, as learning progresses, candidate operations with high weights are converted and extracted. ReLU (rectified linear unit) was used as the activation function, and batch-normalization was applied after the operation, except for pooling operation and skip-connection.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제2 셀의 기능을 나타내는 도면이다. Figure 12 is a diagram showing the function of the second cell according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 제1 셀인 노말 셀(Normal cell)은 특성 맵(feature map)의 크기를 유지시키지만, 제2 셀인 리덕션 셀(reduction cell)은 특성 맵의 크기를 절반으로 줄일 수 있다. 제2 셀은 최종 모델 구조에서 1/3, 2/3 위치에 존재할 수 있다. Referring to FIG. 12, the normal cell, which is the first cell, maintains the size of the feature map, but the reduction cell, which is the second cell, can reduce the size of the feature map by half. The second cell may exist at 1/3 or 2/3 positions in the final model structure.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 확률분포 어레이를 나타내는 도면이다. Figure 13 is a diagram showing a probability distribution array according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 입력 신호의 형태학적 정보인 왜도(skewness)와 첨도(kurtosis)를 구하기 위해 만든 신호와 유사한 확률분포 어레이인 히스토그램이 도시된다. 좌측에 도시된 그래프는 입력 신호를 나타내고, 우측에 도시된 히스토그램은 확률분포 어레이를 나타낸다. Referring to FIG. 13, a histogram, which is a probability distribution array similar to a signal created to obtain skewness and kurtosis, which are morphological information of an input signal, is shown. The graph shown on the left represents the input signal, and the histogram shown on the right represents the probability distribution array.

해당 히스토그램에 해당하는 확률분포 어레이를 사용하면 왼쪽 신호의 형태학적 정보를 추출할 수 있다.Using the probability distribution array corresponding to the histogram, the morphological information of the left signal can be extracted.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 모델의 구조를 나타내는 도면이다. Figure 14 is a diagram showing the structure of a blood pressure estimation model according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 혈압 추정 모델의 구조가 도시된다. 혈압 추정 모델은 신경 구조 검색(Neural architecture search)을 통해 추출한 노말 셀(normal cell)과 리덕션 셀(reduction cell)을 조합하여 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 2번째 리덕션 셀에서 왼쪽으로 나오는 부분이 신호의 형태학적 정보를 추정하는 심층 감독 기법을 나타낸다.Referring to Figure 14, the structure of the blood pressure estimation model is shown. A blood pressure estimation model can be constructed by combining normal cells and reduction cells extracted through neural architecture search. As shown, the left part of the second reduction cell represents a deep supervision technique that estimates the morphological information of the signal.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 장치의 성능을 나타내는 도면이다. Figure 15 is a diagram showing the performance of a blood pressure estimation device according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, SBP를 기준으로 일반적인 심층 감독 기법을 사용할 때에는 0.1 정도의 적 은 수준의 추정 성능 차이를 보였지만, 신호의 형태학적 정보를 사용하는 심층 감독 기법을 적용 했을 때에는 약 0.9 정도의 큰 추정 성능 차이를 보임을 알 수 있다.Referring to Figure 15, when using a general deep supervision technique based on SBP, there was a small difference in estimation performance of about 0.1, but when a deep supervision technique using morphological information of the signal was applied, a large difference of about 0.9 was seen. It can be seen that there is a difference in estimated performance.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 혈압 추정 장치의 추정 성능과 종래의 혈압 추정 장치의 추정 성능을 비교한 결과를 나타내는 도면이다. 발명된 알고리즘은 PPG 단일 신호만을 사용하여, 심전도(ECG)와 PPG의 복합 신호를 사용한 추정 모델 보다도 더 향상된 성능을 도출함을 알 수 있다.Figure 16 is a diagram showing the results of comparing the estimation performance of a blood pressure estimation device according to an embodiment of the present invention with that of a conventional blood pressure estimation device. It can be seen that the invented algorithm uses only a single PPG signal and achieves more improved performance than the estimation model using a composite signal of electrocardiogram (ECG) and PPG.

상술한 방식을 통하여, 본 발명의 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치는 신경 구조 검색을 이용하여 자동으로 최적의 모델을 찾아낼 수 있는 효과가 있다. Through the above-described method, the blood pressure estimation method and device using neural structure search and deep supervision techniques of the present invention have the effect of automatically finding the optimal model using neural structure search.

또한, 본 발명의 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치는 광용적맥파 신호의 형태학적 정보를 정답으로 하는 심층 감독 기법을 이용하여 학습할 수 있는 효과가 있다. In addition, the blood pressure estimation method and device using the neural structure search and deep supervision technique of the present invention have the effect of being able to learn using the deep supervision technique using morphological information of the photoplethysmographic signal as the correct answer.

또한, 본 발명의 신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법 및 장치는 캘리브레이션-프리에서 혈압 추정 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Additionally, the blood pressure estimation method and device using the neural structure search and deep supervision techniques of the present invention have the effect of improving blood pressure estimation performance in calibration-free mode.

이상 본 명세서에서 설명한 기능적 동작과 본 주제에 관한 실시형태들은 본 명세서에서 개시한 구조들 및 그들의 구조적인 등가물을 포함하여 디지털 전자 회로나 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어에서 또는 이들 중 하나 이상이 조합에서 구현 가능하다. The functional operations described herein and embodiments of the subject matter described above may be implemented in digital electronic circuits, computer software, firmware or hardware, including the structures disclosed herein and their structural equivalents, or in a combination of one or more of these. possible.

본 명세서에서 기술하는 주제의 실시형태는 하나 이상이 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위하여 또는 그 동작을 제어하기 위하여 유형의 프로그램 매체 상에 인코딩되는 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상이 모듈로서 구현될 수 있다. 유형의 프로그램 매체는 전파형 신호이거나 컴퓨터로 판독 가능한 매체일 수 있다. 전파형 신호는 컴퓨터에 의한 실행을 위하여 적절한 수신기 장치로 전송하기 위한 정보를 인코딩하기 위하여 생성되는 예컨대 기계가 생성한 전기적, 광학적 또는 전자기 신호와 같은 인공적으로 생성된 신호이다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 기계로 판독 가능한 저장장치, 기계로 판독 가능한 저장 기판, 메모리 장치, 기계로 판독 가능한 전파형 신호에 영향을 미치는 물질의 조합 또는 이들 중 하나 이상이 조합일 수 있다.Embodiments of the subject matter described herein may relate to one or more computer program products, that is, computer program instructions encoded on a tangible program medium for execution by or to control the operation of a data processing device. It can be implemented as a module. The tangible program medium may be a radio signal or a computer-readable medium. A radio signal is an artificially generated signal, such as a machine-generated electrical, optical or electromagnetic signal, that is generated to encode information for transmission to a suitable receiver device for execution by a computer. The computer-readable medium may be a machine-readable storage device, a machine-readable storage substrate, a memory device, a combination of materials that affect a machine-readable radio wave signal, or a combination of one or more of these.

컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션, 스크립트 또는 코드로도 알려져 있음)은 컴파일되거나 해석된 언어나 선험적 또는 절차적 언어를 포함하는 프로그래밍 언어의 어떠한 형태로도 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램이나 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 컴퓨터 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하여 어떠한 형태로도 전개될 수 있다. A computer program (also known as a program, software, software application, script, or code) may be written in any form of a programming language, including a compiled or interpreted language, or an a priori or procedural language, as a stand-alone program or module; It can be deployed in any form, including components, subroutines, or other units suitable for use in a computer environment.

컴퓨터 프로그램은 파일 장치의 파일에 반드시 대응하는 것은 아니다. 프로그램은 요청된 프로그램에 제공되는 단일 파일 내에, 또는 다중의 상호 작용하는 파일(예컨대, 하나 이상이 모듈, 하위 프로그램 또는 코드의 일부를 저장하는 파일) 내에, 또는 다른 프로그램이나 데이터를 보유하는 파일의 일부(예컨대, 마크업 언어 문서 내에 저장되는 하나 이상이 스크립트) 내에 저장될 수 있다. Computer programs do not necessarily correspond to files on a file device. A program may be stored within a single file that serves the requested program, or within multiple interacting files (e.g., more than one file storing a module, subprogram, or portion of code), or within a file holding other programs or data. Some (e.g., one or more scripts stored within a markup language document) may be stored.

컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에 위치하거나 복수의 사이트에 걸쳐서 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호 접속된 다중 컴퓨터나 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 전개될 수 있다.The computer program may be deployed to run on a single computer or multiple computers located at one site or distributed across multiple sites and interconnected by a communications network.

부가적으로, 본 특허문헌에서 기술하는 논리 흐름과 구조적인 블록도는 개시된 구조적인 수단의 지원을 받는 대응하는 기능과 단계의 지원을 받는 대응하는 행위 및/또는 특정한 방법을 기술하는 것으로, 대응하는 소프트웨어 구조와 알고리즘과 그 등가물을 구축하는 데에도 사용 가능하다. Additionally, the logic flow and structural block diagram described in this patent document describe corresponding actions and/or specific methods supported by corresponding functions and steps supported by the disclosed structural means, It can also be used to build software structures and algorithms and their equivalents.

본 명세서에서 기술하는 프로세스와 논리 흐름은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 기능을 수행하기 위하여 하나 이상이 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상이 프로그래머블 프로세서에 의하여 수행 가능하다.The processes and logic flows described herein can be performed by one or more programmable processors, each of which executes one or more computer programs to perform functions by operating on input data and generating output.

컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는, 예컨대 범용 및 특수 목적의 마이크로프로세서 양자 및 어떤 형태의 디지털 컴퓨터의 어떠한 하나 이상이 프로세서라도 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 읽기 전용 메모리나 랜덤 액세스 메모리 또는 양자로부터 명령어와 데이터를 수신할 것이다. Processors suitable for executing computer programs include, for example, any one or more processors of both general-purpose and special-purpose microprocessors and any type of digital computer. Typically, the processor will receive instructions and data from read-only memory, random access memory, or both.

컴퓨터의 핵심적인 요소는 명령어와 데이터를 저장하기 위한 하나 이상이 메모리 장치 및 명령을 수행하기 위한 프로세서이다. 또한, 컴퓨터는 일반적으로 예컨대 자기, 자기 광학 디스크나 광학 디스크와 같은 데이터를 저장하기 위한 하나 이상이 대량 저장 장치로부터 데이터를 수신하거나 그것으로 데이터를 전송하거나 또는 그러한 동작 둘 다를 수행하기 위하여 동작가능 하도록 결합되거나 이를 포함할 것이다. 그러나, 컴퓨터는 그러한 장치를 가질 필요가 없다.The core elements of a computer are one or more memory devices for storing instructions and data and a processor for executing instructions. Additionally, a computer generally includes one or more mass storage devices for storing data, such as magnetic, magneto-optical or optical disks, operable to receive data from, transfer data to, or perform both such operations. It may be combined with or include these. However, a computer does not need to have such a device.

본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다. The present description sets forth the best mode of the invention and provides examples to illustrate the invention and to enable any person skilled in the art to make or use the invention. The specification prepared in this way does not limit the present invention to the specific terms presented.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art or have ordinary knowledge in the relevant technical field should not deviate from the spirit and technical scope of the present invention as set forth in the claims to be described later. It will be understood that the present invention can be modified and changed in various ways within the scope of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to what is described in the detailed description of the specification, but should be defined by the scope of the patent claims.

10: 혈압 추정 장치 100: 데이터 전처리부
110: 미분 처리부 120: 순차 결합부
200: 신경 구조 검색부 210: 셀 추출부
220: 연산자 가중치 설정부 230: 가중치 갱신부
240: 연산자 선택부 250: 평가부
260: 모델 구성부 300: 심층 감독부
310: 확률분포 어레이 생성부 320: 산출부
330: 형태학적 정보 추출부 400: 혈압 추정 모델
10: Blood pressure estimation device 100: Data preprocessing unit
110: Differential processing unit 120: Sequential coupling unit
200: Neural structure search unit 210: Cell extraction unit
220: operator weight setting unit 230: weight updating unit
240: operator selection unit 250: evaluation unit
260: model configuration unit 300: deep supervision unit
310: Probability distribution array generation unit 320: Calculation unit
330: Morphological information extraction unit 400: Blood pressure estimation model

Claims (15)

혈압에 관한 정보를 포함하는 입력 신호의 깊이를 키우기 위한 데이터 전처리부;
제1 셀 및 제2 셀을 추출함으로써, 혈압 추정 모델을 구성하기 위한 신경 구조 검색부; 및
상기 혈압 추정 모델을 학습시키기 위해 상기 입력 신호의 형태학적 정보를 추출하여 보조 손실의 목표로 사용하는 심층 감독부를 포함하고,
상기 제1 셀은 노말 셀이고, 상기 제2 셀은 리덕션 셀이며,
상기 혈압 추정 모델은 상기 노말 셀과 상기 리덕션 셀을 조합하여 구성되며, 상기 입력 신호를 인풋으로 입력 받아 심층 감독 기법으로 혈압 값을 추정하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치.
A data preprocessor to increase the depth of the input signal containing information about blood pressure;
a neural structure search unit for constructing a blood pressure estimation model by extracting the first cell and the second cell; and
A deep supervisor that extracts morphological information of the input signal and uses it as an auxiliary loss target to learn the blood pressure estimation model,
The first cell is a normal cell, the second cell is a reduction cell,
The blood pressure estimation model is constructed by combining the normal cell and the reduction cell, and is characterized in that it receives the input signal as an input and estimates the blood pressure value using a deep supervision technique.
Blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques.
제1항에 있어서,
상기 데이터 전처리부는,
상기 입력 신호를 미분하여 제1 미분 신호 및 제2 미분 신호를 생성하기 위한 미분 처리부; 및
수학식 1에 기초하여, 상기 입력 신호, 상기 제1 미분 신호 및 상기 제2 미분 신호를 순차결합하기 위한 순차 결합부를 포함하고,
상기 수학식 1은,
X(t) = X(t)
Figure 112021100672373-pat00014
dX(t)/dt
Figure 112021100672373-pat00015
d2X(t)/dt2이고,
X(t)는 상기 입력 신호이고,
Figure 112021100672373-pat00016
는 순차결합(concatenation) 연산을 의미하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치.
According to paragraph 1,
The data preprocessing unit,
a differentiation processing unit for differentiating the input signal to generate a first differential signal and a second differential signal; and
Based on Equation 1, it includes a sequential combining unit for sequentially combining the input signal, the first differential signal, and the second differential signal,
Equation 1 above is:
X(t) = X(t)
Figure 112021100672373-pat00014
dX(t)/dt
Figure 112021100672373-pat00015
d 2
X(t) is the input signal,
Figure 112021100672373-pat00016
is characterized in that it means a sequential concatenation operation,
Blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques.
제2항에 있어서,
상기 신경 구조 검색부는,
각각이 복수의 노드들 및 상기 복수의 노드들을 서로 연결하는 혼합 연산자를 포함하는 제1 셀 및 제2 셀을 추출하기 위한 셀 추출부;
상기 혼합 연산자에 대한 복수의 후보 연산자들 각각에 대한 가중치를 설정하기 위한 연산자 가중치 설정부;
학습이 진행됨에 따라, 상기 연산자 가중치를 업데이트하기 위한 가중치 갱신부;
학습이 종료될 때, 연산자 가중치가 최대값을 갖는 후보 연산자를 선택하기 위한 연산자 선택부;
학습 과정에서 상기 혈압 추정 모델의 구조를 평가 세트에 적용하여 성능을 평가하기 위한 평가부; 및
상기 제1 셀 및 상기 제2 셀로 구성된 복수의 셀들을 쌓아 상기 혈압 추정 모델을 구성하기 위한 모델 구성부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치.
According to paragraph 2,
The neural structure search unit,
a cell extractor for extracting a first cell and a second cell, each of which includes a plurality of nodes and a mixing operator connecting the plurality of nodes to each other;
an operator weight setting unit configured to set a weight for each of a plurality of candidate operators for the mixing operator;
As learning progresses, a weight update unit for updating the operator weights;
When learning ends, an operator selection unit for selecting a candidate operator with the maximum operator weight;
An evaluation unit for evaluating performance by applying the structure of the blood pressure estimation model to an evaluation set during the learning process; and
Characterized in that it includes a model constructor for constructing the blood pressure estimation model by stacking a plurality of cells composed of the first cell and the second cell.
Blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques.
제3항에 있어서,
상기 복수의 후보 연산자들은, max pooling 1x7, avg. pooling 1x7, skip-connection, standard conv 1x11, dilation conv. 1x7 [dilation=1, 2, 3, 4], 및 none operation 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치.
According to paragraph 3,
The plurality of candidate operators are max pooling 1x7, avg. pooling 1x7, skip-connection, standard conv 1x11, dilation conv. Characterized by any one of 1x7 [dilation=1, 2, 3, 4], and none operation,
Blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques.
제4항에 있어서,
상기 평가부는,
수학식 2에 기초하여, 연산자 가중치를 상위 레벨(upper-level) 변수로 하고, 훈련 파라메터를 하위 레벨(lower-level) 변수로 하는 이중 레벨 최적화(bi-level optimization)을 이용하여 평가를 수행하고,
상기 수학식 2는,
이고,
여기서, w는 훈련 파라메터이고, α는 후보 연산자 선택에 대한 연산자 가중치를 의미하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치.
According to clause 4,
The evaluation department,
Based on Equation 2, evaluation is performed using bi-level optimization with operator weights as upper-level variables and training parameters as lower-level variables. ,
Equation 2 above is:
ego,
Here, w is a training parameter, and α refers to the operator weight for candidate operator selection,
Blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques.
제5항에 있어서,
상기 수학식 2의 L은 수학식 3에 따라 정의되고,
상기 수학식 3은,
인 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치.
According to clause 5,
L in Equation 2 is defined according to Equation 3,
Equation 3 above is:
Characterized in that,
Blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques.
제3항에 있어서,
상기 모델 구성부는, 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀로 구성된 8개의 셀들을 쌓아 상기 혈압 추정 모델을 구성하고,
상기 제1 셀은 1번째, 2번째, 4번째, 5번째, 7번째 및 8번째에 위치하고,
상기 제2 셀은 3번째 및 6번째에 위치하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치.
According to paragraph 3,
The model constructor constructs the blood pressure estimation model by stacking 8 cells consisting of the first cell and the second cell,
The first cell is located at the 1st, 2nd, 4th, 5th, 7th and 8th positions,
Characterized in that the second cell is located in the 3rd and 6th positions,
Blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques.
제3항에 있어서,
상기 심층 감독부는,
상기 입력 신호에 대응되는 형태를 갖는 확률분포 어레이를 생성하기 위한 확률분포 어레이 생성부;
상기 확률분포 어레이를 기초로 왜도 및 첨도를 산출하기 위한 산출부; 및
상기 왜도 및 상기 첨도를 기초로, 상기 입력 신호의 형태학적 정보를 추출하기 위한 형태학적 정보 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치.
According to paragraph 3,
The in-depth supervision department said,
a probability distribution array generator for generating a probability distribution array having a shape corresponding to the input signal;
a calculation unit for calculating skewness and kurtosis based on the probability distribution array; and
Characterized in that it comprises a morphological information extraction unit for extracting morphological information of the input signal based on the skewness and the kurtosis,
Blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques.
제8항에 있어서,
상기 형태학적 정보 추출부는, 수학식 4를 통해 종합 손실을 추출하고,
상기 수학식 4는,
Ltotal=Lmain +r*Laux이고,
Ltotal은 종합 손실이고, Lmain은 주 손실이고, Laux는 보조 손실이고, r는 보조 손실 가중치이며,
상기 혈압 추정 모델은, 종합 손실이 최소화하는 방향으로 학습되는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치.
According to clause 8,
The morphological information extraction unit extracts the comprehensive loss through Equation 4,
Equation 4 above is:
Ltotal=Lmain +r*Laux,
Ltotal is the overall loss, Lmain is the main loss, Laux is the secondary loss, r is the secondary loss weight,
The blood pressure estimation model is characterized in that it is learned in a way that minimizes the overall loss.
Blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques.
제1항에 있어서,
상기 신경 구조 검색부는, 경사하강법 기반 신경 구조 검색(gradient descent-based neural architecture search) 방법을 이용하여, 상기 혈압 추정 모델의 구조를 구성하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 장치.
According to paragraph 1,
The neural architecture search unit is characterized in that it configures the structure of the blood pressure estimation model using a gradient descent-based neural architecture search method.
Blood pressure estimation device using neural structure search and deep supervision techniques.
데이터 전처리부가, 혈압에 관한 정보를 포함하는 입력 신호의 깊이를 키우는 단계;
신경 구조 검색부가, 제1 셀 및 제2 셀을 추출함으로써, 혈압 추정 모델을 구성하는 단계; 및
심층 감독부가, 상기 혈압 추정 모델을 학습시키기 위해 상기 입력 신호의 형태학적 정보를 추출하여 보조 손실의 목표로 사용하는 단계를 포함하고,
상기 제1 셀은 노말 셀이고, 상기 제2 셀은 리덕션 셀이며,
상기 혈압 추정 모델은 상기 노말 셀과 상기 리덕션 셀을 조합하여 구성되며, 상기 입력 신호를 인풋으로 입력 받아 심층 감독 기법으로 혈압 값을 추정하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법.
A data preprocessing unit increasing the depth of an input signal including information about blood pressure;
A neural structure search unit constructing a blood pressure estimation model by extracting first cells and second cells; and
A deep supervisor extracting morphological information of the input signal and using it as an auxiliary loss target to learn the blood pressure estimation model,
The first cell is a normal cell, the second cell is a reduction cell,
The blood pressure estimation model is constructed by combining the normal cell and the reduction cell, and is characterized in that it receives the input signal as an input and estimates the blood pressure value using a deep supervision technique.
Blood pressure estimation method using neural structure search and deep supervision techniques.
제11항에 있어서,
상기 입력 신호의 깊이를 키우는 단계는,
미분 처리부가, 상기 입력 신호를 미분하여 제1 미분 신호 및 제2 미분 신호를 생성하는 단계; 및
순차 결합부가 수학식 1에 기초하여, 상기 입력 신호, 상기 제1 미분 신호 및 상기 제2 미분 신호를 순차결합하는 단계를 포함하고,
상기 수학식 1은,
X(t) = X(t)
Figure 112021100672373-pat00019
dX(t)/dt
Figure 112021100672373-pat00020
d2X(t)/dt2이고,
X(t)는 상기 입력 신호이고,
Figure 112021100672373-pat00021
는 순차결합(concatenation) 연산을 의미하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법.
According to clause 11,
The step of increasing the depth of the input signal is,
A differentiation processing unit, differentiating the input signal to generate a first differential signal and a second differential signal; and
A sequential combining unit sequentially combines the input signal, the first differential signal, and the second differential signal based on Equation 1,
Equation 1 above is:
X(t) = X(t)
Figure 112021100672373-pat00019
dX(t)/dt
Figure 112021100672373-pat00020
d 2
X(t) is the input signal,
Figure 112021100672373-pat00021
is characterized in that it means a sequential concatenation operation,
Blood pressure estimation method using neural structure search and deep supervision techniques.
제12항에 있어서,
혈압 추정 모델을 구성하는 단계는,
셀 추출부가, 각각이 복수의 노드들 및 상기 복수의 노드들을 서로 연결하는 혼합 연산자를 포함하는 제1 셀 및 제2 셀을 추출하는 단계;
연산자 가중치 설정부가, 상기 혼합 연산자에 대한 복수의 후보 연산자들 각각에 대한 가중치를 설정하는 단계;
가중치 갱신부가, 학습이 진행됨에 따라, 상기 연산자 가중치를 업데이트하는 단계;
연산자 선택부가, 학습이 종료될 때, 연산자 가중치가 최대값을 갖는 후보 연산자를 선택하는 단계;
평가부가, 학습 과정에서 상기 혈압 추정 모델의 구조를 평가 세트에 적용하여 성능을 평가하는 단계; 및
모델 구성부가, 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀로 구성된 복수의 셀들을 쌓아 상기 혈압 추정 모델을 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법.
According to clause 12,
The steps to construct a blood pressure estimation model are:
Extracting, by a cell extraction unit, a first cell and a second cell, each of which includes a plurality of nodes and a mixing operator connecting the plurality of nodes to each other;
setting, by an operator weight setting unit, a weight for each of a plurality of candidate operators for the mixing operator;
A weight update unit updating the operator weight as learning progresses;
selecting, by an operator selection unit, a candidate operator having the maximum operator weight when learning ends;
An evaluation unit evaluating performance by applying the structure of the blood pressure estimation model to an evaluation set during a learning process; and
Characterized in that the model construction unit includes the step of constructing the blood pressure estimation model by stacking a plurality of cells consisting of the first cell and the second cell.
Blood pressure estimation method using neural structure search and deep supervision techniques.
제12항에 있어서,
상기 혈압 추정 모델을 학습시키는 단계는,
확률분포 어레이 생성부가, 상기 입력 신호에 대응되는 형태를 갖는 확률분포 어레이를 생성하는 단계;
산출부가, 상기 확률분포 어레이를 기초로 왜도 및 첨도를 산출하는 단계; 및
형태학적 정보 추출부가, 상기 왜도 및 상기 첨도를 기초로, 상기 입력 신호의 형태학적 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법.
According to clause 12,
The step of learning the blood pressure estimation model is,
generating, by a probability distribution array generator, a probability distribution array having a shape corresponding to the input signal;
A calculation unit calculating skewness and kurtosis based on the probability distribution array; and
Characterized in that the morphological information extraction unit includes a step of extracting morphological information of the input signal based on the skewness and the kurtosis.
Blood pressure estimation method using neural structure search and deep supervision techniques.
데이터 전처리부가, 혈압에 관한 정보를 포함하는 입력 신호를 혈압 추정 모델에 사용되기 위한 형태로 전처리하는 단계;
신경 구조 검색부가, 노말 셀인 제1 셀 및 리덕션 셀인 제2 셀을 추출함으로써, 상기 혈압 추정 모델을 구성하는 단계; 및
심층 감독부가, 상기 혈압 추정 모델을 학습시키는기 위해 상기 입력 신호의 형태학적 정보를 추출하여 보조 손실의 목표로 사용하는 단계를 포함하고,
상기 신경 구조 검색부는, 경사하강법 기반 신경 구조 검색(gradient descent-based neural architecture search) 방법을 이용하여, 상기 혈압 추정 모델의 구조를 구성하고,
상기 혈압 추정 모델은 상기 노말 셀과 상기 리덕션 셀을 조합하여 구성되며, 상기 입력 신호를 인풋으로 입력 받아 심층 감독 기법으로 혈압 값을 추정하는 것을 특징으로 하는,
신경 구조 검색 및 심층 감독 기법을 이용한 혈압 추정 방법.
A data preprocessing unit preprocessing an input signal containing information about blood pressure into a form to be used in a blood pressure estimation model;
Constructing the blood pressure estimation model by extracting, by a neural structure search unit, a first cell that is a normal cell and a second cell that is a reduction cell; and
A deep supervisor extracting morphological information of the input signal and using it as an auxiliary loss target to train the blood pressure estimation model,
The neural architecture search unit configures the structure of the blood pressure estimation model using a gradient descent-based neural architecture search method,
The blood pressure estimation model is constructed by combining the normal cell and the reduction cell, and is characterized in that it receives the input signal as an input and estimates the blood pressure value using a deep supervision technique.
Blood pressure estimation method using neural structure search and deep supervision techniques.
KR1020210115572A 2021-08-31 2021-08-31 Method and apparatus for estimaing blood pressure using newural architecture search and deep supervision Active KR102627336B1 (en)

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