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ECG 패턴 분석과 템플릿 문턱값을 통한 조기수축 부정맥분류
Premature Contraction Arrhythmia Classification through ECG Pattern Analysis and Template Threshold 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.20 no.2, 2016년, pp.437 - 444  

조익성 (Department of Information and Communication Engineering, Kyungwoon University) ,  조영창 (Department of Information and Communication Engineering, Kyungwoon University) ,  권혁숭 (Department of IT Engineering, Pusan National University)

초록
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일반적인 부정맥 분류 방법의 경우 심방 박동 수와 관련한 PP간격, P모양의 다양성과 같은 조건을 이용하는데, 잡음으로 인해 정확한 P파의 검출이 어렵기 때문에 잡음의 영향을 비교적 적게 받는 R파를 이용하는 것이 유리하다. 따라서 본 연구에서는 R파 중심의 ECG(electrocardiography) 패턴 분석템플릿 문턱치를 도입하여 조기수축 부정맥 분류 방법을 제안한다. 이를 위해 형태 연산을 통한 전 처리 과정과 차감 동작 기법을 통해 R파를 검출하였다. 이후 RR 간격의 평균 가중치와 변화율을 이용하여 먼저 조기수축 파형의 패턴을 분류하고, R파의 진폭에 대한 템플릿 문턱값을 통해 조기심실수축과 조기심방수축을 분류하는 알고리즘을 개발하였다. 제안한 방법의 우수성을 입증하기 위해 조기 심방과 심실수축이 30개 이상 포함된 MIT-BIH 6개의 레코드를 대상으로 한 R파의 평균 검출율은 99.77%의 성능을 나타내었고, 조기심실수축과 심방수축 부정맥은 각각 94.91%와 95.76%의 평균 분류율을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Most methods for detecting arrhythmia require pp interval, diversity of P wave morphology, but it is difficult to detect the p wave signal because of various noise types. Therefore it is necessary to use noise-free R wave. In this paper, we propose algorithm for premature contraction arrhythmia clas...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 검출이 어려운 P파가 아닌 검출이 용이하고 잡음의 영향을 극복할 수 있는 R파를 이용하는 것이 필요하다[8-10]. 따라서 본 연구에서는 ECG의 패턴 분석과 템플릿 문턱치를 통한 조기수축 부정맥 분류 방법을 제안한다. 이를 위해 형태 연산을 통한 전 처리 과정과 차감 동작 기법을 통해 R파를 검출하였다.
  • 본 연구에서는 임상적 진단에 도움을 주는 것을 목적으로 ECG의 패턴 분석과 템플릿 문턱값을 통해 조기수축 부정맥 분류 방법을 제안하였다. 이를 위해 형태 연산을 통한 전 처리 과정과 차감 동작 기법을 통해 R파를 검출하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
동적 역 탐색 기법에서 역탐색 기간을 360ms로 설정한 이유는? 차분방식을 통해 R파가 검출되고 만약 새로운 R파가 360ms 이내에 다시 발생되면 FP가 발생되었다고 가정하고 이를 기존 R파에서 제거하며, 현재 R파가 평균 RR 간격의 150% 이내에 검출되지 않으면 윈도우를 확장한 후 다시 R파를 검출함으로써 오검출을 최대한 낮출 수 있다. 여기서 360ms를 역탐색 기간으로 설정한 것은 일반적으로 절대 불응기는 보통 200 ms 가량 지속되고 곧이어 반응하는 상대 불응기가 약 50 ms 지속된 다음 서서히 흥분성이 회복되며, 이후 약 10 ms 의 잠복기(latency) 후에 심장의 수축이 시작하기 때문이다[11, 12].
부정맥이란? 일반적으로 심전도(ECG : electrocardiography) 신호의 해석은 인체로부터의 생체신호 획득, 잡음 제거, QRS 파형의 검출 및 진단의 단계를 포함하며, 심전도 신호의 분석을 토대로 심장의 이상 유·무와 여러 가지 심장질환의 진단에 많이 활용되고 있다. 심장질환 중에서 부정맥은 심장의 리듬이 불규칙하거나 심박동수가 비정상적인 상태를 의미한다. 부정맥의 형태는 정상인에게서 올수 있는 가벼운 리듬의 장애에서부터 생명을 위협하는 위험한 장애까지 다양하며 이는 심장세포의 자동성 장애나 전도장애로 인해 초래된다[1-3].
R파 검출 시 발생하는 오검출에는 어떤 것이 있는가? R파는 우선, 형태 연산을 통해 전 처리된 신호의 경험적 문턱값(empirical threshold)과 차분 동작을 이용하여 검출하며, 이 값에 의해 검출되지 않을 경우 R-R 간격을 이용한 역탐색 기법을 사용한다. 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. 이러한 오검출을 막기 위해 본 연구에서는 동적 역 탐색 기법(Dynamic Backward Searching Method)을 사용하였다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (12)

  1. A. D. C. Chan, M. M. Hamdy, A. Badre, and V. Badee, "Wavelet distance measure for person identification using electrocardiograms," IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 57, no. 2, pp. 248-253, Feb. 2008. 

  2. S. Chauhan, A. S. Arora, and A. Kaul, "A survey of emerging biometric modalites," Procedia Comput. Sci., vol. 2, pp. 213-218, 2010. 

  3. J. W. Schleifer and K. Srivathsan, "Ventricular arrhythmias: State of the art," Cardiol. Clin., vol. 31, no. 4, pp. 595-605, 2013. 

  4. S.-Y. Lee, J.-H. Hong, C.-H. Hsieh, M.-C. Liang, S.-Y. C. Chien, and K.-H. Lin, "Low-power wireless ECG acquisition and classification system for body sensor networks," IEEE J. Biomed. Health Informat., vol. 19, no. 1, pp. 236-246, Jan. 2015. 

  5. Y.-P. Chen et al., "An injectable 64 nW ECG mixed-signal SoC in 65 nm for arrhythmia monitoring," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 50, no. 1, pp. 375-390, Jan. 2015. 

  6. A. Amann, R. Tratnig, and K. Unterkofler, "Detecting ventricular fibrillation by time-delay methods," IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 54, no. 1, pp. 174-177, Jan. 2007. 

  7. Thong, T., J. McNames, M. Aboy, B. Goldstein. Prediction of paroxysmal atrial fibrillation by analysis of atrial premature complexes. IEEE Trans. On Biomed. Eng., vol. 51, no. 4, pp. 561-569, April. 2004. 

  8. J. Pan, W.J. Tompkins, A real-time QRS detection algorithm, IEEE Trans. Biomed. Eng. BME vol. 32, no. 3, pp.230-236, March. 1985. 

  9. G. Yang, J. Chen, Y. Cao, H. Tenhunen, and L. Zheng, "A novel wearable ECG monitoring system based on activecable and intelligent electrodes," in 10th International Conference on e-health Networking, Applications and Services, 7-9. pp. 156-159, 2008. 

  10. K. N. Plataniotis, D. Hatzinakos, and J. K. M. Lee, "ECG biometric recognition without fiducial detection," in Proc. Biometrics Symp./Biometrics Consortium Conf., Baltimore, MD, pp. 1-6, 2006. 

  11. Zhang, F. & Lian, Y, "QRS detection based on multi-scale mathematical morphology for wearable ECG devices in body area networks," IEEE Transaction on Biomedical Circuits and Systems, vol. 3, no. 4, pp.220-228, Jun. 2009. 

  12. F. Agrafioti and D. Hatzinakos, "ECG biometric analysis in cardiac irregularity conditions," Signal, Image Video Process., vol. 3, pp. 329-343, 2009. 

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