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휴대용 및 웨어러블 측정기를 위한 ECG와 PPG 신호를 활용한 합성곱 신경망 알고리즘 기반의 비가압식 혈압 추정 방법
Cuffless Blood Pressure Estimation Based on a Convolutional Neural Network using PPG and ECG Signals for Portable or Wearable Blood Pressure Devices 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.25 no.3, 2020년, pp.1 - 10  

조진우 (뷰노 연구원) ,  최아영 (가천대학교 소프트웨어학과)

초록
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본 논문에서는 시계열 심전도 (Electrocardiogram: ECG) 및 광전용맥파 측정센서 (Photoplethysmography: PPG)을 이용하여 혈압을 추정하는 알고리즘을 제안한다. 혈압 (Blood pressure: BP)을 추정하기 위해 주기적 입력 신호를 생성하고 차동 및 임계값 방법에 따라 잡음을 제거한 다음 합성곱 신경망 알고리즘을 기반으로 하여 수축기 혈압과 이완기 혈압을 예측한다. 본 논문에서 사용된 데이터는 MIMIC 데이터베이스에서 총 3.1GB의 49명의 환자 데이터를 사용하였다. 실험결과 수축기 혈압의 평균 제곱근 오차는 5.80mmHg, 이완기 혈압의 예측 오차는 2.78mmHg을 나타내었다. 또한, 영국 고혈압 협회가 제안한 혈압계 평가 방법을 적용하였을 때, 최고 성능인 등급 A를 만족함을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose an algorithm for estimating blood pressure using ECG (Electrocardiogram) and PPG (Photoplethysmography) signals. To estimate the BP (Blood pressure), we generate a periodic input signal, remove the noise according to the differential and threshold methods, and then estimate...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 웨어러블 기기에서 쉽게 측정 할 수 있는 시계열 ECG 및 PPG를 기반으로 혈압을 예측하는 알고리즘을 제안한다. ECG나 PPG의 신호 자체는 혈압의 특성을 반영하기 어려운 성질을 가지고 있으나, 혈압이 변할 때 ECG와 PPG의 진폭과 패턴의 변화가 발생한다는 것을 기반으로 딥러닝 알고리즘인 합성곱신경망 알고리즘을 기반으로 혈압을 예측하는 방법을 제안한다.
  • 본 연구에서 합성곱신경망 방법을 기반으로 비가압방식의 혈압 추정 방법을 제안하였다. 혈압을 예측하기 위해서 주기적인 입력 신호를 생성하고, 잡음을 제거한 후 3개 레이어를 갖는 합성곱 신경망 모델을 제안하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
오실로메트리에서 동맥을 압축하기 위해 무엇이 필요한가? 이를 모니터링하기 위해 대표적으로 사용되고 있는 방법은 Babbs (2012)이 제안한 커프를 착용하여 커프에 주입된 압력 변화로부터 혈압을 측정하는 오실로메트리(Oscillometry) 방식이 있다. 오실로메트리는 측정하기 쉽고 정확도가 높아 널리 사용되고 있으나, 동맥을 압축하기 위해서는 커프 및 공기 주입 장치가 필요하기 때문에 장치의 크기가 커지고 일상생활에서 연속적인 측정이 쉽지 않다. 따라서 웨어러블 또는 모바일 환경에서 사용하기가 어렵다.
Stratified Split은 무엇을 의미하는가? 따라서 이 문제를 최소화하기 위해 데이터 표본이 적은 영역의 무게를 조정하기 위해 Bootstrap 방법을 적용하여 데이터가 적은 부분의 데이터를 Bagging 하여 추가적으로 획득하였으며, Stratified Split을 적용하여 인식 정확도를 향상시켰다. Stratified Split은 테스트와 트레이닝 데이터를 구분할 때 데이터 분포가 균일하지 않는 경우 테스트와 트레이닝 데이터 분포를 동일 한 분포가 되도록 데이터를 만드는 과정을 의미한다. 랜덤하게 일정 데이터를 뽑아 트레이닝 하는 경우, 최고혈압의 예측 오차가 특정 사용장의 경우 14.
고혈압을 모니터링 하기 위해 사용하는 대표적인 방법에는 무엇이 있는가? 고혈압은 전 세계적으로 10억 명이 넘는 사람들이 앓고 있는 질환으로 주기적인 모니터링을 통해 혈압을 관리하는 것이 중요하다. 이를 모니터링하기 위해 대표적으로 사용되고 있는 방법은 Babbs (2012)이 제안한 커프를 착용하여 커프에 주입된 압력 변화로부터 혈압을 측정하는 오실로메트리(Oscillometry) 방식이 있다. 오실로메트리는 측정하기 쉽고 정확도가 높아 널리 사용되고 있으나, 동맥을 압축하기 위해서는 커프 및 공기 주입 장치가 필요하기 때문에 장치의 크기가 커지고 일상생활에서 연속적인 측정이 쉽지 않다.
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참고문헌 (30)

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