KR100198761B1 - 심전도 신호의 에스.티 세그먼트와 티 파에 대한 특성 표시 장치 - Google Patents

심전도 신호의 에스.티 세그먼트와 티 파에 대한 특성 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치 및 방법에 관한 것으로, 기저선 동요를 제거한 심전도 신호로부터 빈도수에 입각하여 결정한 지배적인 QRS 컴플렉스의 시작점에 끝점을 기준삼아 ST 세그먼트와 T파에 대한 진폭 집합을 결정한 후, 상기 진폭 집합의 분포 특성상 상대적으로 작은 RR 간격을 갖는 ST 세그먼트와 T파를 특성 표시 과정에서 제외시키고 또한, 소정 임계값 보다 큰 최대 편이도를 갖는 ST 세그먼트와 T파를 대표 PQRST 콤플렉스 추출 과정에서 제외시킴으로써 정확한 진단 파라미터 추출할 수 있는 본 발명에 의한 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치 및 방법에 따르면, 신호 대 잡음비가 낮은 심전도 신호를 대상으로 ST 세그먼트와 T파에 대한 진단 파라미터를 추출할 경우에 발생하던 잡음 성분의 부정적인 영향을 효과적으로 제거할 수 있으며, 기저선 동요 제거 기법의 불완전성과 기저선에 국부적 탈선 현상에 기인한 ST 세그먼트와 T파에 왜곡 현상에 적절하게 대응함으로써 ST 세그먼트와 T파 성분의 진단 결과에 대한 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.

Description

심전도 신호의 에스·티 세그먼트와 티파에 대한 특성 표시 장치
본 발명은 생체 신호 처리 분야 중에서 심장으로 부터의 전기 신호를 검출하여 질병을 진단하는 심전도 자동 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 심전도 신호에 있어서, 에스·티 세그먼트(ST segment; 이하, ST 세그먼트로 명함)외 티 파(T wave: 이하, T파로 명함)에 대한 진폭 집합의 분포 성질을 이용하여 ST 세그먼트와 T파의 특성을 표시하는 심전도 신호의ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시(typification) 장치 및 방법에 관한 것이다.
여기서, ST 세그먼트와 T파에 특성 표시란 ST 세그먼트와 T파에 대한 일종의 패턴 매칭(pattern matching)을 수행함을 말하는 것으로, 입력되는 심전도 신호 중 ST 세그먼트와 T파의 형태가 같은지 다른지를 구분해내고, 이후에 심전도 신호에 대한 진단 파라미터를 추출하기 위한 대표 PQRST 컴플렉스를 선택하는 과정에서 편이가 발생된 ST 세그먼트와 T파를 제거하는 등의 일련의 과정을 포괄하는 것을 말한다.
본 발명은 심전도 자동진단 장치에 핵심이 되는 자동진단 알고리즘 중에서 일부에 해당되며, 심전도 자동 진단 장치에 탑재하는데 요구되는 사항 즉, 정확성과 실시간 검출 가능성을 동시에 만족할 수 있는 새로운 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치 및 방법에 관한 것이다.
제1도는 심장의 전기적인 전도 체계 및 심전도 발생 과정을 나타낸 것으로써, 제1도는 (a)에서 살펴 볼 수 있듯이, 심장은 크게 좌우 심방(LA; Left Atrioventricular, RA; Right Atrioventricular)과 좌우 심실(LA; Left Ventricular, Right Ventricular)로 구성되며, 심장의 전기적인 체계는 심장의 수축을 시작하는 충동을 일으키고 심박 조정 작용을 하는 동방 결절(sinoatrial node; SA 노드)과, 상기 동방 결절(SA 노드)에서 발생한 전기적인 임펄스를 좌우 심실(LV, RV)에 전달하는 경로를 제공하는 심방 노드(atrioventricular node; AV 노드), 히스 번들(Bundle of His)과 좌우 번들 가지(bundle branch) 및 퍼킨스 섬유 네드워크(Firkinse fiber network)로 구성된다.
상기 동방 결절(SA 노드)이 전기적 임펄스(electric impulse)를 발생하여 심방을 탈분극(depolarization)시키면, 이 임펄스는 심방 노드(AV 노드)와 히스 번들(Bundle of His)을 통해 좌우 번들 가지(bundle branch)로 전달되고, 디시 퍼킨스 섬유 네트워크를 통해 심실(ventricular)로 전달되어 심실을 탈분극시킨다.
동방 결절(SA 노드)에서 나오는 전기적 임펄스는 두 개의 심방을 거쳐 흐르며 심방을 수축하고, 이때, 심방이 수축되면서 발생하는 전류가 표면에 부착된 리드의 전극을 통하여 전위차로 측정되는데 이 과정을 레코더로 기록하면, 제1도 (b)에 실선으로 도시한 것과 같은 작은 곡선을 이루는 파형이 나타난다. 이 파형을 P파라고 한다.
상기 임펄스가 심방 노드(AV 노드)에 도착되면 약간의 지연이 발생되는데, 제1도 (c)와 같이, P파와 상기 지연 시간을 포함하는 시간 간격을 PR 간격이라 하며, 상기 PR 간격이 있은 후, 상기 임펄스는 심방 사이의 근육 격막 사이에 있는 히스 번들을 통하여 급격히 내려오는 근육 격막을 좌우로 활동시킨다.
상기와 같은 근육 격막의 활동은 첫 번째 심실의 비틀어짐을 발생시키며, 제1도 (d)와 같은 파형을 나타내게 되는데 이 파형을 Q파라고 한다.
그 다음, 상기 임펄스는 심실의 전도 조직을 통하여 급격히 확산되면서, 가장 큰 심실의 비틀어짐이 발생시키는데 이때 발생되는 파형이 R파이고, 심실의 모든 부분에 대한 전도 과정이 끝나면서 S파가 발생된다.
제1도 (e)에 실선으로 도시한 바와 같이, 상기 세 가지 파형 즉, Q파, R파, S파가 일군을 이루는 파형이 발생되는데 이들 파형의 일군을 QRS 콤플렉스라고 하며, 이때, 심실은 수축되어 피를 펌핑한다.
그 후, 짧은 기간 동안 비교적 비활동 기간이 있는데 이때 기록되는 것이 제도 1f의 ST 세그먼트(ST segment)이며, 회복 기간 동안 심장은 재분극(repolarization)과정을 거치게 되고 이때 발생되는 파형이 제1g도에 나타낸 T파이다.
이상과 같은 P파, QRS 콤플렉스, ST 세그먼트, T파로 이루어진 일련의 파형군을 PQRST 콤플렉스로 정의한다. 이 때, 상기 PQRST 콤플렉스는 주기성을 가지며, 심전도 신호를 해석하고 진단하는 기본 단위가 된다.
이와 같이 심전도는 일련의 결합된 동작이 반복적으로 이뤄짐에 따라 일련의 전기 전도 체계에 질환이 발생하면 비정상 심전도 파형이 발생하게 된다. 즉, 심방 조동과 세동은 동방 결절(SA 노드)이 작동하지 않는 경우에 발생되며, 심실 자체가 비정상적일 경우에는 심실 기외 수축(extrasystole)이나 심실 세동과 같은 질환으로 나타난다.
심전도 자동 진단 장치에서 사용되는 진단 파라미터는 제2도에 나타낸 바와 같이, 상술한 P파의 시작점으로부터 QRS 콤플렉스의 시작점까지 간의 간격(PRd), QRS 콤플렉스의 시작점과 끝점 간의 간격(QRSd),QRS 콤플렉스의 시작점과 T파 끝점 간의 간격(QTd), Q파 간격(Qd), R파 간격(Rd), S파 간격(Sd), 임의의 R파와 이에 바로 인접한 다음 R파 간의 간격인 RR 간격 등은 시간(interval)과 관련된 파라미터와 Q파 진폭(Qa), R파 진폭(Ra), S파 진폭(Sa), T파 진폭(T1a, T2a) 등과 같은 진폭(amplitude)과 관련된 파라미터로 나눌 수 있다.
상기한 파라미터들 이외에도 QRS 컴플렉스 형태, P파 형태 등도 이용되지만, 시간 및 진폭과 관련된 파라미터들을 이용하여 심장의 이상 상태와 질병 종류를 진단하는 것이 대부분이다.
종래의 심전도 신호에 대한 진단 파라미터 추출 방법은 각각의 PQRST 콤플렉스에 대한 개별적인 진단 파라미터(즉, P파 진폭, PR 간격, Q파 진폭, S파 진폭, QRS 간격, T파 진폭 등)를 각각 구한 후, 최종적으로 이들 파라미터들의 평균값을 산출하여 심전도를 진단하기 위한 진단 파라미터로 사용하는 것이 일반적이다.
본 발명은 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치 및 방법과 관련된 바, 종래 기술에 따른 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치 및 방법을 살펴보면, 종래의 심전도 신호에 대한 진단 파라미터 추출 방법에서와 마찬가지로 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시를 통하여 개별적인 진단 파라미터를 각각 구한 후, 최종적으로 ST 세그먼트와 T파에 대한 개별적인 진단 파라미터들의 평균값을 산출하여 ST 세그먼트와 T파에 대한 진단 파라미터를 추출하는 것이 일반적이다.
그러나, 이와 같은 종래 기술에 따른 ST 세그먼트와 T파에 대한 진단 파라미터 추출 장치 및 방법은 신호 대 잡음비(SNR; Signal-to-Noise Ratio)가 낮은 심전도 신호(즉, 심전도 신호에 잡음 성분이 유입될 경우)를 대상으로 ST 세그먼트와 T파에 대한 진단 파라미터를 추출할 경우, 잡음 성분에 의해 왜곡이 발생되는 데, 왜곡된 ST 세그먼트와 T파에 대한 개별적인 진단 파라미터를 대상으로 단순 평균을 취함으로써 잡음 성분의 영향은 추출된 평균 진단 파라미터에 여과 없이 평균적인 값으로 반영되며, 특히, 고주파 잡음 성분은 추출된 ST 세그먼트와 T파에 대한 평균 진단 파라미터에 더욱 심각한 왜곡을 초래함에 따라 진단 결과에 대한 신뢰성을 한층 더 저하시키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 같은 형태를 갖는 각 PQRST 컴플렉스에 대한 평균화 과정을 통하여 대표 PQRST 컴플렉스(representative PQRST complex)를 구하고, 이 대표 PQRST 컴플렉스를 이용하여 진단 파라미터를 추출하는 장치 및 방법에 이어서, ST 세그먼트와 T파에 대한 진폭 집합의 분포 성질을 이용하여 ST 세그먼트와 T파의 특성을 표시함으로써 ST 세그먼트와 T파의 신호 대 잡음비를 높여 잡음 성분의 부정적인 영향(특히, 고주파 잡음 성분의 영향)을 최소화시킴에 따라 ST 세그먼트와 T파에 대한 정확한 진단 파라미터를 추출할 수 있는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
한편, 심전도와 관련된 다수의 진단 파라미터들 중에서 QRS 컴플렉스는 같은 형태를 같지만 ST 세그먼트와 T파에 왜곡 현상이 발생되는 현상이 자주 발생되는데, 이러한 왜곡 현상은 기저선 동요(baseline drift) 제거 기법의 불완전성과 기저선에 국부적 탈선 현상에 의해 발생된다.
이러한 원인에 기인하여 ST 세그먼트와 T파에 왜곡 현상이 발생된 PQRST 콤플렉스를 이용하여 ST 세그먼트와 T파에 대한 진단 파라미터를 구하게 될 때, ST 세그먼트와 T파 성분에 대한 진단 결과는 왜곡된 정보일 확률이 높다.
따라서, 본 발명은 ST 세그먼트와 T파에 대한 진폭 집합의 분포 특성에 입각하여 왜곡 현상을 야기시킬 수 있는 ST 세그먼트와 T파를 검출한 후, 이러한 ST 세그먼트와 T파를 특성 표시를 위한 평균화 과정에서 제외시킴으로써 정확한 진단 파라미터 추출할 수 있는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
제1도는 심장의 전기적인 전도 체계 및 심전도 발생 과정을 나타낸 예시도.
제2도는 심전도 자동 진단에서 사용되는 대표적인 진단 파라미터를 나타낸 예시도.
제3도는 본 발명에 의한 심전도 신호의 에스·티 세그먼트와 티파에 대한 특성 표시 방법의 수순을 나타낸 순서도.
제4도는 급작성 기저선 동요가 발생한 심전도 신호에 대한 파형과 급작성 기저선 동요를 제거한 심전도 신호의 파형을 나타낸 예시도.
제5도는 본 발명의 진폭 집합 결정 단계를 수행하여 결정한 ST 세그먼트와 T파의 진폭 집합을 나타낸 예시도.
제6도는 최대 편이도를 이용하여 제5도의 진폭 집합의 분포 특성을 나타낸 예시도.
제7도는 학습 집합을 통하여 얻어진 최대 편이도를 ST 세그먼트와 T파 수에 대한 함수로 나타낸 예시도.
제8도는 기저선 동요를 제거 한 신호에서 ST 세그먼트와 T파에 편이가 발생된 것으로 판정된 신호를 나타낸 예시도.
제9도는 기외 수축을 갖는 심전도 파형에서의 ST 세그먼트와 T파 특성 표시 과정을 나타낸 예시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 진폭 집합 결정 단계 110 : 신호 입력 단계
120 : 기저선 동요 제거 단계 130 : 우세 QRS 콤플렉스 결정 단계
131 : QRS 콤플렉스 결정 단계 132 : 우세 QRS 콤플렉스 검출 단계
140 : 진폭 집합 선정 단계 141 : 끝점 위치 결정 단계
142 : 최종 진폭 집합 선정 단계 200 : 특성 표시 단계
210 : 기외 수축 데이터 제거 단계 211 : RR 간격 측정 단계
212 : 기외 수축 데이터 제거 판단 단계 213 : 제1제거 진폭 집합 추출 단계
220 : 편이 데이터 제거 단계 221 : 최대 편이 산출 단계
222 : 편이 데이터 제거 판단 단계 230 : 특성 표시 수행 단계
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치 및 방법은 기저선 동요를 제거한 심전도 신호로부터 빈도수에 입각하여 결정한 지배적인 QRS 콤플렉스의 시작점 및 끝점을 기준삼아 ST 세그먼트와 T파에 대한 진폭 집합을 결정한 후, 상기 진폭 집합의 분포 특성상 상대적으로 작은 RR 간격을 갖는 ST 세그먼트와 T파를 특성 표시 과정에서 제외시키고 또한, 소정 임계값 보다 큰 최대 편이도(maximum outlier)를 갖는 ST 세그먼트와 T파를 대표 PQRST 컴플렉스 추출 과정에서 제외시킴으로써 정확한 진단 파라미터 추출할 수 있는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 장치는, 대표 PQRST 컴플렉스를 이용하여 심전도 신호에 대한 진단 파라미터를 추출하는 장치에 있어서, 기저선 동요를 제거한 심전도 신호로부터 QRS 컴플렉스를 결정하고 상기 QRS 컴플렉스의 발생 빈도수에 입각하여 결정한 우세 QRS 컴플렉스를 포함하는 PQRST 컴플렉스의 ST 세그먼트와 T파에 대한 진폭 집합을 결정하는 진폭 집합 결정부와; 상기 진폭 집합의 분포 특성을 이용하여 진단 파라미터를 왜곡시킬 확률이 높은 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 진폭 집합에서 제외시키고 특성 표시를 위한 평균화 과정을 수행하는 특성 표시부로 구성된다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 진폭 집합 결정부는 각 리드로부터 심전도 신호를 입력받는 신호 입력부와; 상기 심전도 신호를 대상으로 기저선 동요 제거 기법을 적용하여 기저선 동요 발생 여부를 검출·제거하는 기저선 동요 제거부와; 기저선 동요를 제거한 상기 심전도 신호를 대상으로 인접 샘플들 간의 공간 속도를 산출하고, 상기 공간 속도를 이용하여 상기 QRS 컴플렉스를 결정한 후, 상기 QRS 컴플렉스의 발생 빈도수에 입각하여 우세 QRS 컴플렉스를 결정하는 우세 QRS 컴플렉스 결정부와; 상기 우세 QRS 컴플렉스를 기준 삼아 ST 세그먼트와 T파를 대상으로 상기 진폭 집합을 선정하는 ST 세그먼트와 T파의 진폭 집합 선정부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 특성 표시부는 상기 우세 QRS 컴플렉스와 연속되는 다음 QRS 컴플렉스 간의 RR 간격을 이용하여 기외 수축에 의해 왜곡된 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제1제거 진폭 집합을 구성하는 기외 수축 데이터 제거부와; 상기 제1제거 진폭 집합에 최대 편이 산출식을 적용하여 상기 제1제거 진폭 집합의 최대 편이도를 산출하고, 상기 최대 편이도에 따라 소정 기준 이상의 최대 편이도를 갖는 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 제1제거 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제2제거 진폭 집합을 구성하는 편이 데이터 제거부와; 상기 제2제거 진폭 집합을 이용하여 개별적으로 구한 ST 세그먼트와 T파에 대한 진단 파라미터에 대한 평균화를 통하여 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시를 수행하는 특성 표시 수행부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 우세 QRS 컴플렉스 결정부는 기저선 동요를 제거한 상기 심전도 신호를 대상으로 다수의 리드로 구성된 리드 그룹의 리드에서 구한 각 인접 샘플들 간의 기울기를 이용하여 다차원 벡터합으로 상기 공간 속도를 계산한 후, 상기 공간 속도의 극값들을 이용하여 심전도 신호로부터 상기 QRS 컴플렉스를 결정하는 QRS 컴플렉스 결정부와; 상기 QRS 컴플렉스의 발생 빈도수에 입각하여 지배적인 QRS 컴플렉스 군(group)인 상기 우세 QRS 컴플렉스를 검출하는 우세 QRS 컴플렉스 검출부로 구성된다.
또한, 상기 진폭 집합 선정부는 상기 우세 QRS 컴플렉스의 최대 극값과 두 번째로 큰 극값간의 차와 비를 이용하여 상기 기준점을 결정하고 상기 기준점을 중심으로 상기 우세 QRS 컴플렉스의 시작점 및 끝점의 위치가 대칭이 되도록 함으로써 QRS 컴플렉스의 끝점 위치를 결정하는 끝점 위치 결정부와; 상기 QRS 컴플렉스의 끝점 위치를 기준으로 하여 소정 구간 내에 존재하는 ST 세그먼트와 T파를 대상으로 소정 간격으로 샘플링함으로써 상기 진폭 집합을 최종적으로 선정하는 최종 진폭 집합 선정부로 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 소정 구간은 상기 우세 QRS 컴플렉스의 끝점 위치에서 상기 소정 간격의만큼 시작점으로 이격된 위치에서부터 T파의 끝점 위치까지의 시간적인 구간이고, 상기 소정 간격은 20 ms(milli-second)이며, 상기 T파의 끝점 위치는 상기 우세 QRS 컴플렉스의 끝점으로부터 상기 RR 간격의 미디안값을 5로 나눈값에 250을 합산한 ms시간 만큼 이격된 위치이며, 상기 진폭 집합의 원소수는 10개인 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 기외 수축 데이터 제거부는 상기 우세 QRS 컴플렉스의 R파와 연속되는 다음 QRS 컴플렉스의 R파 간의 시간적인 간격을 측정함으로써 상기 RR 간격을 측정하는 RR 간격 측정부와; 정상적인 심전도 신호의 RR 간격에 근거하여 설정한 제1임계값과 상기 RR 간격을 비교하여 상기 제1임계값 보다 상기 PR 간격이 작은지 여부에 따라 기외 수축에 대한 발생 여부를 판단하는 기외 수축 데이터 제거 판단부와; 상기 기외 수축 데이터 제거 판단부가 상기 제1임계값 보다 상기 RR 간격이 작음에 따라 기외 수축이 발생한 것으로 판단하면, 상기 제1임계값 보다 작은 RR 간격 내에 포함된 ST 세그먼트와 T파를 데이터를 상기 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제1제거 진폭 집합을 구성하는 제1제거 진폭 집합 추출부로 구성된다.
여기서, 상기 제1임계값은 상기 RR 간격의 미디인 값에서 100ms를 감산한 값과 실험적으로 정한 값인 600ms 중에서 작은 값이 바람직하다.
한편, 상기 편이 데이터 제거부는 상기 제1제거 진폭 집합에 상기 최대 편이 산출식을 적용하여 상기 제1제거 진폭 집합의 최대 편이도를 산출하는 최대편이 산출부와; ST 세그먼트와 T파에 편이가 발생한 학습 집합(training set)을 대상으로하여 산출한 제2임계치 보다 상기 최대 편이도가 크지 여부를 판단하는 편이 데이터 제거 판단부와; 상기 편이 데이터 제거 판단부가 편이가 발생한 것으로 판단되면, 편이한 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 제1제거 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제2제거 진폭 집합을 구성하는 제2제거 진폭 집합 추출부로 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 학습 집합은 CSE 데이터 베이스(Common Standards for Quantitative Electrocardiography data base)중에서 ST 세그먼트와 T파에 확실히 편이가 발생한 데이터이고, 상기 최대 편이도는 상기 제1진폭 집합의 열벡터와 상기 열벡터의 평균 간의 차에 절대값을 취한 값을 상기 열벡터의 표준 편차로 나눈 값인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 심전도 신호와 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치 및 방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 장치 및 방법을 설명하면서, 설명의 중복을 배제하기 위해 설명의 편의상, 제3도에 도시한 순서도를 이용하여 본 발명을 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 방법은 제3도에 도시한 바와 같이, 기저선 동요를 제거한 심전도 신호로부터 QRS 컴플렉스를 결정하고 상기 QRS 컴플렉스의 발생 빈도수에 입각하여 결정한 우세 QRS 컴플렉스를 포함하는 PQRST 컴플렉스의 ST 세그먼트와 T파에 대한 진폭 집합을 결정하는 진폭 집합 결정 단계(100)와, 상기 진폭 집합의 분포 특성을 이용하여 진단 파라미터를 왜곡시킬 확률이 높은 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 진폭 집합에서 제외시키고 특성 표시를 위한 평균화 과정을 수행하는 특성 표시 단계(200)로 구성된다.
여기서, 상기 진폭 집합 결정 단계(100)는 심전도 신호를 각 리드로부터 입력받는 신호 입력 단계(110)와, 상기 심전도 신호를 대상으로 기저선 동요 제거 기법을 적용하여 기저선 동요 발생 여부를 검출·제거하는 기저선 동요 제거 단계(120)와, 기저선 동요를 제거한 심전도 신호를 대상으로 인접 샘플간의 기울기에 대한 다차원 벡터합으로 공간 속도를 산출하고, 상기 공간 속도를 이용하여 심전도 신호로부터 QRS 컴플렉스를 결정한 후, 상기 QRS 컴플렉스의 발생 빈도수에 입각하여 우세 QRS 컴플렉스를 결정하는 우세 QRS 컴플렉스 결정 단계(130)와, 상기 우세 QRS 컴플렉스를 기준 삼아 ST 세그먼트와 T파를 대상으로 진폭 집합을 선정하는 ST 세그먼트와 T파의 진폭 집합 선정 단계(140)로 구성된다.
여기서, 상기 우세 QRS 컴플렉스 결정 단계(130)는 기저선 동요를 제거한 상기 심전도 신호를 대상으로 다수의 리드로 구성된 리드 그룹의 리드에서 구한 인접 샘플간의 기울기를 이용하여 다차원 벡터합으로 상기 공간 속도를 계산한 후, 상기 공간 속도의 최대 극값들을 이용하여 심전도 신호로부터 상기 QRS 컴플렉스를 결정하는 QRS 컴플렉스 결정 단계(131)와, 상기 QRS 컴플렉스의 발생 빈도수에 입각하여 지배적인 QRS 컴플렉스의 군(group)인 상기 우세 QRS 컴플렉스를 검출하는 우세 QRS 컴플렉스 검출 단계(132)로 구성되며, 상기 진폭 집합 선정 단계(140)는 상기 우세 QRS 컴플렉스의 최대 극값과 두 번째로 큰 극값간의 차와 비를 이용하여 상기 기준점을 결정하고 상기 기준점을 중심으로 상기 우세 QRS 컴플렉스의 시작점 및 끝점의 위치가 대칭이 되도록 함으로써 QRS 컴플렉스의 끝점 위치를 결정하는 끝점 위치 결정 단계(141)와, 상기 끝점 위치로부터 소정 구간 내에 존재하는 ST 세그먼트와 T파를 대상으로 샘플링에 의해 진폭 집합을 최종적으로 선정하는 최종 진폭 집합 선정 단계(142)로 구성된다.
한편, 상기 특성 표시 단계(200)는 상기 우세 QRS 컴플렉스와 연속되는 다음 QRS 컴플렉스 간의 RR 간격을 이용하여 기외 수축에 의해 왜곡된 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제1제거 진폭 집합을 구성하는 기외 수축 데이터 제거 단계(210)와, 상기 제1제거 집합에 최대 편이 산출식을 적용하여 상기 제1제거 진폭 집합의 최대 편이도를 산출하고, 상기 최대 편이도에 따라 소정 기준 이상의 최대 편이도를 갖는 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 제1제거 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제2제거 진폭 집합을 구성하는 편이 데이터 제거 단계(220)와, 상기 제2제거 진폭 집합을 이용하여 개별적으로 구한 ST 세그먼트와 T파에 대한 진단 파라미터에 대한 평균화를 통하여 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시를 수행하는 특성 표시 수행 단계(230)로 구성된다.
여기서, 상기 기외 수축 데이터 제거 단계(210)는 상기 우세 QRS 컴플렉스와 연속되는 다음 QRS 컴플렉스 간의 RR 간격을 측정하는 RR 간격 측정 단계(211)와, 정상적인 심전도 신호의 RR 간격에 근거하여 설정한 제1임계값과 상기 RR 간격을 비교하여 상기 제1임계값 보다 상기 RR 간격이 작은지 여부에 따 기외 수축에 대한 발생 여부를 판단하는 기외 수축 데이터 제거 판단 단계(212)와, 상기 기외 수축 데이터 제거 판단 단계(212)의 판단 결과, 상기 제1임계값 보다 상기 RR 간격이 작음에 따라 기외 수축이 발생한 것으로 판단하면, 제1임계값 보다 작은 RR 간격 내에 포함한 ST 세그먼트와 T파를 데이터를 상기 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제1제거 진폭 집합을 구성하는 제1제거 진폭 집합 추출 단계(213)로 구성되며, 상기 편이 데이터 제거 단계(220)는 상기 제1제거 진폭 집합에 최대 편이 산출식을 적용하여 상기 제1제거 진폭 집합의 최대 편이도를 산출하는 최대 편이 산출 단계(221)와, ST 세그먼트와 T파에 편이가 발생한 학습 집합(training set)을 대상으로하여 산출한 제2임계치 보다 상기 최대 편이도가 크지 여부를 판단하는 편이 데이터 제거 판단 단계(222)와, 상기 편이 데이터 제거 판단 단계(222)의 판단 결과, 편이가 발생한 것으로 판단하면, 편이된 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 제1제거 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제2제거 진폭 집합을 구성하는 제2제거 진폭 집합 추출 단계(220)로 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 방법의 수순을 제3도를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
우선, 상기 진폭 집합 결정 단계(100)에서 기저선 동요를 제거한 심전도 신호로부터 QRS 컴플렉스를 결정하고 상기 QRS 컴플렉스의 발생 빈도수에 입각하여 결정한 우세 QRS 컴플렉스를 포함하는 PQRST 컴플렉스의 ST 세그먼트와 T파에 대한 진폭 집합을 결정하면, 상기 특성 표시 단계(200)에서는 상기 진폭 집합의 분포 특성을 이용하여 진단 파라미터를 왜곡시킬 확률이 높은 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 진폭 집합에서 제외시키고 특성 표시를 위한 평균화 과정을 수행한다.
이때, 신호 입력 단계(110)에서 각 리드로부터 심전도 신호가 입력되면, 기저선 동요 제거 단계(120)에서는 상기 심전도 신호를 대상으로 기저선 동요 제거 기법을 적용하여 기저선 동요 발생 여부를 검출하여 입력되는 심전도 신호로부터 기저선 동요를 제거한다.
전술한 바와 같이, 심전도와 관련된 다수의 진단 파라미터들 중에서 QRS 컴플렉스는 같은 형태를 같지만 ST 세그먼트와 T파에 왜곡 현상이 발생되는 현상이 자주 발생된다.
앞서, 이러한 왜곡 현상에 대한 원인으로 기저선 동요 제거 기법의 불완전성과 기저선의 국부선 탈선 현상을 지적한 바 있지만, 기저선의 국부적인 탈선 현상 및 기타 기저선 동요 제거에 불완전성을 제공하는 각종 요인에 적절하게 대처하기 위해서는 여러 난점을 선결해야 한다.
즉, 기저선 동요 제거 기법은 기저선 동요를 야기시키는 주파수 성분은 ST 세그먼트와 T파의 주파수 성분과 유사한 저주파 특성을 갖기 때문에 ST 세그먼트와 T파의 성분에 대한 왜곡을 초래하지 않으면서 동시에 심전도 신호로부터 기저선 동요 요인을 선별적으로 제거할 수 있는 기능을 구비해야 하는 단점이 있는 것이다.
제4도 (a)는 급작성 기저선 동요가 발생한 심전도 신호를 도시한 파형도로써, 시간(time) 축의 4-6초 사이에서 급작성 기저선 동요가 발생함을 확인할 수 있다.
제4도 (b)는 제4도 (a)의 기저선 동요 제거 기법에 의해 기저선 동요를 제거한 후의 심전도 신호를 도시한 파형도로써, 시간(time) 축의 4-6초 사이에서 발생한 급작성 기저선 동요를 대부분 제거하였지만, 완벽하게 기저선 동요를 제거하지 못함을 확인할 수 있다.
이후, QRS 컴플렉스 결정 단계(131)에서는 기저선 동요를 제거한 상기 심전도 신호를 대상으로 다수의 리드로 구성된 리드 그룹의 리드에서 구한 인접 샘플간의 기울기를 이용하여 다차원 벡터합으로 상기 공간 속도를 계산한 후, 상기 공간 속도의 최대 극값들을 이용하여 심전도 심호로부터 상기 QRS 컴플렉스를 결정한다.
여기서, 상기 QRS 컴플렉스 결정 단계(131)는 복수 개의 리드로 구성된 리드그룹의 공간적인 특성을 이용하여 심전도 신호에 대한 공간 속도를 계산하는 공간 속도 설정 단계와, 상기 공간 속도의 진폭의 변화를 점검하여 QRS 컴플렉스로 예상 되는 유효 극값을 검출해 내는 유효 극값 검출 단계와, 상기 유효 극값 검출 단계에서 검출한 유효 극값들과 문턱값을 비교하여 QRS 컴플렉스로 검출하는 QRS 컴플렉스 검출 단계로 구성된다.
상기 공간 속도 설정 단계는 원신호에 대하여 다운 샘플링을 수행함으로써 처리 샘플 데이터의 수를 줄이는 다운 샘플링 단계와, 동일 발생 기원을 갖는 세 개의 리드에 대한 각각의 기울기를 이용하여 3차원 벡터합으로 공간 속도를 계산하는 공간속도 계산 단계로 구성되며, 상기 유효 극값 검출 단계는 공간 속도의 현재 진폭값이 이전 진폭값과 이후 진폭값 보다 클 경우에 상기 공간 속도를 지역 극값(local extremum)으로 결정하는 지역 극값 검출 단계와, 소정 구간 내에 존재하는 스파이크 성분이 제거된 지역 극값들 중에서 가장 큰 지역 극값을 유효 극값으로 검출하는 최대 극값 검출 단계로 구성된다.
상기 QRS 컴플렉스 검출 단계는 QRS 컴플렉스로 라벨(label)되지 않은 유효 극값들 중에서 최대 유효 극값을 결정하는 최대 유효 극값 결정 단계와, 상기 최대 유효 극값 결정 단계에서 현시점 이전까지 결정된 최대 유효 극값들의 평균값에 비례하는 문턱값을 설정하고 상기 문턱값 보다 큰 극값을 QRS 컴플렉스로 라벨링하는 QRS컴플렉스 라벨 단계와, 라벨링된 QRS 컴플렉스로부터 소정 구간 내에 존재하는 인접 유효 극값들과 현재 라벨된 유효 극값에 비례하도록 설정한 임계치를 비교하여 인접 유효 극값에 대한 제거 여부를 판단하는 인접 극값 제거 단계로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 QRS 컴플렉스 결정 단계(131)에 대한 상세한 설명은 본인이 기출원한 대한민국 특허 출원 제96-18450호, 다중 리드를 이용하는 QRS 컴플렉스 검출 장치 및 방법에 자세하게 설명되어 있음에 따라 이를 참조하기로 한다.
이후, 우세 QRS 컴플렉스 검출 단계(132)에서 상기 QRS 컴플렉스의 발생 빈도수에 입각하여 지배적인 QRS 컴플렉스의 군(group)인 상기 우세 QRS 컴플렉스를 검출하면, 끝점 위치 결정 단계(141)에서는 상기 우세 QRS 컴플렉스의 최대 극값과 두 번째로 큰 극값간의 차와 비를 이용하여 상기 기준점을 결정하고 상기 기준점을 중심으로 상기 우세 QRS 컴플렉스의 시작점 및 끝점의 위치가 대칭이 되도록 함으로써 QRS 컴플렉스의 끝점 위치를 결정한다.
여기서, 상기 끝점 위치 결정 단계(141)는 다수의 리드들로부터 각각 입력되는 우세 QRS 컴플렉스들에 대한 대역 통과 필터를 이용하여 필터링을 수행하는 대역 통과 필터링 단계와, 상기 대역 통과 필터에 의해 필터링된 우세 QRS 컴플렉스들 중에서 극값의 절대값이 가장 큰 극값(최대 극값)을 포함하고 있으면서 동시에 상기 최대 극값에 대한 소정의 비율보다 큰 동일 부호의 두 번째 극값을 포함하지 않는 조건을 만족하는 리드가 존재하면 상기 리드를 선택하고, 상기 조건을 만족하는 극값이 존재하지 않으면, 각각의 단일 리드 내의 우세 QRS 컴플렉스들 중에서 최대 극값과 두 번째로 큰 극값의 비(즉,)가 최대인 조건을 만족하는 리드를 선택하는 리드 선택 단계와, 상기 리드의 최대 극값점을 기준점으로 결정하는 기준점 결정 단계와, 상기 기준점을 중심으로 대칭이 되도록 우세 QRS 컴플렉스의 시작점 및 끝점의 위치를 결정하는 단계로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 끝점 위치 결정 단계(141)에 대한 상세한 설명은 본인이 기출원한 대한민국 특허 출원 제96-26678호, 심전도 신호의 QRS 컴플렉스 특성 표시 장치 및 방법에 자세하게 설명되어 있음에 따라 이를 참조하기로 한다.
상기 끝점 위치 결정 단계(141)를 수행한 후, 최종 진폭 집합 선정 단계(142)는 상기 우세 QRS 컴플렉스의 끝점 위치로부터 소정 구간 내에 존재하는 ST 세그먼트와 T파를 대상으로 샘플링에 의해 진폭 집합을 최종적으로 선정한다.
이때, 상기 소정 구간은 상기 우세 QRS 컴플렉스의 끝점 위치로부터 T파의 끝점 위치까지를 말하며, 진폭 집합은 상기 우세 QRS 컴플렉스의 끝점에서 10ms 후부터 T파 끝점까지 20ms 간격으로 일정하게 샘플링을 함으로써 최종적으로 진폭 집합을 결정하는 데, T파의 끝점 위치는 상기 우세 QRS 컴플렉스의 끝점으로부터 시간적으로
수학식 1 만큼 이격된 위치로 한다.
여기서, QT는 우세 QRS 컴플렉스의 끝점과 T파의 끝점 간의 이격 시간으로 단위는 ms(milli-second)이고, RRmedian은 RR 간격들 중에서 미디안값, 즉, 중간값을 갖는 RR 간격을 의미하며, 상수 250과 분모로 사용되고 있는 5는 실험적으로 얻은 값으로써 PQRST 컴플렉스의 주기와 관련된 수치임에 따라 실험 환경이나 대상에 따라 좋은 성능을 얻을 수 있는 다른 값으로 변경될 수 있음은 명백하다.
제5도는 상기 진폭 집합 결정 단계(100)를 수행하여 결정한 ST 세그먼트와 T파의 진폭 집합을 나타낸 예시도이다.
제5도에 있어서, 점선은 대략적으로 결정된 QRS 컴플렉스의 시작점과 끝점을 나타내며, 대시(dash)선은 결정된 ST 세그먼트와 T파의 진폭 집합을 나타낸 것으로써, 5번째 ST 세그먼트와 T파의 편이도가 크게 나타나고 있음을 파형적으로 확인할 수 있다.
한편, 상기 특성 표시 단계(200)는 기외 수축 데이터 제거 단계(210)에서 우세 QRS 컴플렉스와 연속되는 다음 QRS 컴플렉스 간의 RR 간격을 이용하여 기외 수축이 발생한 PQRST 컴플렉스의 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제1제거 진폭 집합을 구성하고, 편이 데이터 제거 단계(220)에서는 상기 제1제거 진폭 집합에 최대 편이 산출식을 적용하여 상기 제1제거 진폭 집합의 최대 편이도를 산출하고, 상기 최대 편이도에 따라 소정 기준 이상의 최대 편이도를 갖는 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 제1제거 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제2제거 진폭 집합을 구성하면, 특성 표시 수행 단계(230)에서 상기 제2제거 진폭 집합을 이용하여 개별적으로 구한 ST 세그먼트와 T파에 대한 진단 파라미터에 대한 평균화를 통하여 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시를 수행한다.
상기에 사용된 의학적 용어인 기외 수축에 대하여 간략한게 설명하면, 기외 수축이란 심장 질환의 일종으로서 의학적 측면에서 보면 심실에 이상이 있는 것을 말하며, 심전도 파형에서 보면 QRS 컴플렉스의 형태가 다르고, 정상적인 QRS 컴플렉스보다 QRS 컴플렉스가 조기에 나타나는 것을 말한다.
따라서, 심방성 또는 심실성 기외수축이 있는 파형의 경우, 기외수축 바로전에 위치한 우세 QRS 컴플렉스의 T파는 기외수축이 발생한 QRS 컴플렉스의 앞부분 일부와 중첩 되는 경우가 발생 된다.
이러한 우세 QRS 컴플렉스에 대한 ST 세그먼트와 T파는 대표 컴플렉스를 구하기 위한 평균화 과정에서 제외되어야 진단 결과에 왜곡을 초래하지 않음에 따라 본 발명은 이에 대한 고안으로, 상기 기외 수축 데이터 제거 단계(210)에서 우세 QRS 컴플렉스와 연속되는 다음 QRS 컴플렉스 간의 RR 간격을 측정하여 상대적으로 짧은 RR 간격을 갖게 되면, 기외 수축이 발생한 것으로 간주하여 상기 RR 간격 내의 ST 세그먼트와 T파를 데이터를 상기 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제1제거 진폭 집합을 구성한다.
즉, 상기 RR 간격 측정 단계(211)에서 우세 QRS 컴플렉스와 연속되는 다음 QRS 컴플렉스 간의 RR 간격을 측정하면, 기외 수축 데이터 제거 판단 단계(212)에서는 정상적인 심전도 신호의 RR 간격에 근거하여 실험적으로 설정한 제1임계값과 상기 RR 간격을 비교하여 상기 제1임계값 보다 상기 RR 간격이 작은지 여부에 따라 기외 수축에 대한 발생 여부를 판단하고, 상기 기외 수축 데이터 제거 판단 단계(212)의 판단 결과, 제1임계값 보다 상기 RR 간격이 작음에 따라 기외 수축이 발생한 것으로 판단하면, 상기 제1제거 진폭 집합 추출 단계(213)에서는 제1임계값 보다 작은 RR 간격 내에 포함된 ST 세그먼트와 T파를 데이터를 상기 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제1제거 진폭 집합을 구성한다.
이때, 상대적으로 짧은 RR 간격을 판단하는 판단 기준인 상기 제1임계값은 수학식 1에서 사용된 RR 간격의 미디인 값인 RRmedian에서 100ms를 감산한 값과 실험적으로 정한 값인 600ms 중에서 두값 중 작은 값을 선택한다.
전술한 진폭 집합 결정 단계(100) 및 기외 수축 데이터 제거 단계(210)는 모든 리드에 대하여 각각 적용해야 함을 주지의 사실이며, 상기 기외 수축 데이터 제거 단계(210)는 상기 끝점 위치 결정 단계(141)를 수행하기 전 또는 수행한 후에 삽입 되도 전체적인 수행 과정에 오류를 제공하지 않음에 따라 이와 같은 순서의 변경은 본 발명의 사상에 포함됨이 명백하다.
이후, 상기 편이 데이터 제거 단계(220)에서는 최대 편이 산출 단계(221)에서 상기 제1제거 진폭 집합에 최대 편이 산출식을 적용하여 상기 제1제거 진폭 집합의 최대 편이도를 산출한 후, 편이 데이터 제거 판단 단계(220)에서 상기 학습 집합(training set)을 대상으로 하여 산출한 제2임계치 보다 상기 최대 편이도가 크지 여부를 판단하여 상기 편이 데이터 제거 판단 단계(222)의 판단 결과, 편이가 발생한 것으로 판단하면, 제2제거 진폭 집합 추출 단계(220)에서 편이된 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 제1제거 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제2제거 진폭 집합을 구성한다.
이때, 최대 편이 산출 단계(221)에서는 ST 세그먼트와 T파에 대한 편이 발생을 검출하기 위해 ST 세그먼트와 T파의 진폭 집합에 대한 분포 특성을 이용하는데, 이때, 각 ST 세그먼트와 T파에 대한 제1제거 진폭집합은
수학식 2와 같은 행렬식으로 나타낸다.
여기서, k는 결정되는 제1제거 진폭 집합에 대응하는 ST 세그먼트와 T파의 순차적인 순서를 나타낸 것이며, n은 ST 세그먼트와 T파의 특성 표시 과정에서 결정되는 제1제거 진폭 집합을 구성하는 원소수를 나타낸 것으로 본 발명에서는 일실시예로 진폭 집합을 구성하는 원소수를 10개로 설정한다.
또한, 각 ST 세그먼트와 T파 진폭 집합에 대한 최대 편이도는 상기 행렬식을 대상으로
수학식 3을 적용하여 계산한다.
여기서, χcol은 수학식 2에 나타낸 행렬식의 열벡터이고, mean(χcol)은 상기 열벡터 χcol에 대한 평균이며, abs[(χcol)-mean(χcol)]은 열벡터 χcol와 열벡터에 대한 평균 간 mean(χcol)의 차에 대한 절대값이다. 수학식 3의 분모항에 있는 STD(χcol)는 열벡터 χcol에 대한 표준 편차(standard deviation)를 의미하다.
최대 편이도와 같은 진폭 분포 특성을 이용하여 편이를 검출하는 것에 대한 유용성은 제6도을 통해 쉽게 확인 할 수 있다.
제6도는 최대 편이도를 이용하여 제5도의 진폭 집합의 분포 특성을 나타낸 것으로, 횡축은 ST 세그먼트와 T파에 대한 진폭 집합의 원소수(n)를 나타낸다.
여기서, 0로 표시된 것은 편이가 없는 ST 세그먼트와 T파를 나타낸 것이며, 'x'로 표시된 것은 편이가 발생된 세그먼트를 나타낸 것이다.
도면 내부의 숫자는 대응하는 ST 세그먼트와 T파의 순차적인 순서(k)를 나타낸 것이다.
편이 발생 유,무의 검출을 위한 문턱치인 상기 제2임계값을 결정하기 위해 본 발명에서는 CSE 데이터 베이스(Common Standards for Quantitative Electrocardiography data base)중에서 ST 세그먼트와 T파에 확실히 편이가 발생하는 23개의 데이터를 제2임계값 결정을 위한 학습 집합(training set)으로 사용하였다. 제7도는 상기 학습 집합을 통하여 얻어진 최대 편이도를 ST 세그먼트와 T파수에 대한 함수로 나타낸 것이다.
최종적으로 상기 특성 표시 수행 단계(230)에서 상기 제2제거 진폭 집합을 이용하여 개별적으로 구한 ST 세그먼트와 T파에 대한 진단 파라미터에 대한 평균화를 통하여 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시를 수행한다.
제8도는 기저선 동요를 제거 한 신호에서 ST 세그먼트와 T파에 편이가 발생된 것으로 판정된 신호를 나타낸 것으로, **로 표시된 ST 세그먼트와 T파, 즉 편이가 발생된 ST 세그먼트와 T파는 대표 비트(representative beat)를 구하는 과정에서 제외시킨다.
제8도의 우측에 도시한 단일 PQRST 컴플렉스는 평균화 과정을 거쳐 구한 대표 비트를 나타낸 것이다.
제9도는 기외 수축을 갖는 심전도 파형에서의 ST 세그먼트와 T파 특성 표시 과정을 타나낸 것으로, 우세 QRS 컴플렉스인 타입 1 중에서 상대적으로 짧은 RR 간격으로 인하여 세 번째, 여섯 번째, 아홉 번째 PQRST 컴플렉스는 대표 PQRST 컴플렉를 구하는 계산 과정에서 제외시킨다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 대표 PQRST 컴플렉스를 이용하여 진단 파라미터를 추출하는 장치 및 방법에 있어서, 기저선 동요를 제거한 심전도 신호로부터 빈도수에 입각하여 결정한 지배적인 QRS 컴플렉스의 시작점 및 끝점을 기준삼아 ST 세그먼트와 T파에 대한 진폭 집합을 결정한 후, 상기 진폭 집합의 분포 특성상 상대적으로 작은 RR 간격을 갖는 ST 세그먼트와 T파를 특성 표시 과정에서 제외시키고, 또한, 소정 임계값 보다 큰 최대 편이도를 갖는 ST 세그먼트와 T파를 대표 PQRST 컴플렉스 추출 과정에서 제외시킴으로써 정확한 진단 파라미터 추출할 수 있는 본 발명에 의한 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치 및 방법에 따르면, 신호 대 잡음비가 낮은 심전도 신호를 대상으로 ST 세그먼트와 T파에 대한 진단 파라미터를 추출할 경우에 발생하던 잡음 성분의 부정적인 영향을 효과적으로 제거할 수 있으며, 기저선 동요 제거 기법의 불완전성과 기저선에 국부적 탈선 현상에 기인한 ST 세그먼트와 T파에 왜곡 현상에 적절하게 대응함으로써 ST 세그먼트와 T파의 진단 결과에 대한 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims (14)

  1. 대표 PQRST 컴플렉스를 이용하여 심전도 신호에 대한 진단 파라미터를 추출하는 장치에 있어서, 기저선 동요를 제거한 심전도 신호로부터 QRS 컴플렉스를 결정하고 상기 QRS 컴플렉스의 발생 빈도수에 입각하여 결정한 우세 QRS 컴플렉스를 포함하는 PQRST 컴플렉스의 ST 세그먼트와 T파에 대한 진폭 집합을 결정하는 진폭 집합 결정부와; 상기 진폭 집합의 분포 특성을 이용하여 진단 파라미터를 왜곡시킬 확률이 높은 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 진폭 집합에서 제외시키고 특성 표시를 위한 평균화 과정을 수행하는 특성 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서 상기 진폭 집합 결정부는 각 리드로부터 심전도 신호를 입력받는 신호 입력부와; 상기 심전도 신호를 대상으로 기저선 동요 제거 기법을 적용하여 기저선 동요 발생 여부를 검출·제거하는 기저선 동요 제거부와; 기저선 동요를 제거한 상기 심전도 신호를 대상으로 인접 샘플들 간의 공간 속도를 산출하고, 상기 공간 속도를 이용하여 상기 QRS 컴플렉스를 결정한 후, 상기 QRS 컴플렉스의 발생 빈도수에 입각하여 우세 QRS 컴플렉스를 결정하는 우세 QRS 컴플렉스 결정부와; 상기 우세 QRS 컴플렉스를 기준 삼아 ST 세그먼트와 T파를 대상을 상기 진폭 집합을 선정하는 ST 세그먼트와 T파의 진폭 집합 선정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 특성 표시부는 상기 우세 QRS 컴플렉스와 연속되는 다음 QRS 컴플렉스 간의 RR 간격을 이용하여 기외 수축에 의해 왜곡된 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제1제거 진폭 집합을 구성하는 기외 수축 데이터 제거부와; 상기 제1제거 진폭 집합에 최대 편이 산출식을 적용하여 상기 제1제거 진폭 잡합의 최대 편이도를 산출하고, 상기 최대 편이도에 따라 소정 기준 이상의 최대 편이도를 갖는 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 제1제거 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제2제거 진폭 집합을 구성하는 편이 데이터 제거부와; 상기 제2제거 진폭 집합을 이용하여 개별적으로 구한 ST 세그먼트와 T파에 대한 진단 파라미터에 대한 평균화를 통하여 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시를 수행하는 특성 표시 수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 우세 QRS 컴플렉스 결정부는 기저선 동요를 제거한 상기 심전도 신호를 대상으로 다수의 리드로 구성된 리드 그룹의 리드에서 구한 각 인접 샘플들 간의 기울기를 이용하여 다차원 벡터합으로 상기 공간 속도를 계산한 후, 상기 공간 속도의 극값들을 이용하여 심전도 신호로부터 상기 QRS 컴플렉스를 결정하는 QRS 컴플렉스 결정부와; 상기 QRS 컴플렉스의 발생 빈도수에 입각하여 지배적인 QRS 컴플렉스의 군(group)인 상기 우세 QRS 컴플렉스를 검출하는 우세 QRS 컴플렉스 검출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 진폭 집합 선정부는 상기 우세 QRS 컴플렉스의 최대 극값과 두 번째로 큰 극값간의 차와 비를 이용하여 상기 기준점을 결정하고 상기 기준점을 중심으로 상기 우세 QRS 컴플렉스의 시작점 치 끝점의 위치가 대칭이 되도록 함으로써 QRS 컴플렉스의 끝점 위치를 결정하는 끝점 위치 결정부와; 상기 QRS 컴플렉스의 끝점 위치를 기준으로하여 소정 구간 내에 존재하는 ST 세그먼트와 T파를 대상으로 소정 간격으로 샘플링함으로써 상기 진폭 집합을 최종적으로 선정하는 최종 진폭 집합 선정부로 구성되는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 소정 구간은 상기 우세 QRS 컴플렉스의 끝점 위치에서 상기 소정 간격의만큼 시간적으로 이격된 위치에서부터 T파의 끝점 위치까지의 시간적인 구간인 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 소정 간격은 20ms(milli-second)인 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 T파의 끝점 위치는 상기 우세 QRS 컴플렉스의 끝점으로부터 상기 RR 간격의 미디안값을 5로 나눈값에 250을 합산한 ms시간 만큼 이격된 위치인 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 진폭 집합의 원소수는 10개인 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  10. 제3항에 있어서, 상기 기외 수축 데이터 제거부는 상기 우세 QRS 컴플렉스의 R파와 연속되는 다음 QRS 컴플렉스의 R파 간의 시간적인 간격을 측정함으로써 상기 RR 간격을 측정하는 RR 간격 측정부와; 정상적인 심전도 신호의 RR 간격에 근거하여 설정한 제1임계값과 상기 RR 간격을 비교하여 상기 제1임계값 보다 상기 RR 간격이 작은지 여부에 따라 기외 수축에 대한 발생 여부를 판단하는 기외 수축 데이터 제거 판단부와; 상기 기외 수축 데이터 제거 판단부가 상기 제1임계값 보다 상기 RR 간격이 작음에 따라 기외 수축이 발생한 것으로 판단하면, 상기 제1임계값 보다 작은 RR 간격 내에 포함된 ST 세그먼트와 T파를 데이터를 상기 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제1제거 진폭 집합을 구성하는 제1제거 진폭 집합 추출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1임계값은 상기 RR 간격의 미디인 값에서 100ms를 감산한 값과 실험적으로 정한 값인 600ms 중에서 작은 값인 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  12. 제3항에 있어서, 상기 편이 데이터 제거부는 상기 제1제거 진폭 집합에 상기 최대 편이 산출식을 적용하여 상기 제1제거 진폭 집합의 최대 편이도를 산출하는 최대 편이 산출부와; ST 세그먼트와 T파에 편이가 발생한 학습 집합(training set)을 대상으로하여 산출한 제2임계치 보다 상기 최대 편이도가 크지 여부를 판단하는 편이 데이터 제거 판단부와; 상기 편이 데이터 제거 판단부가 편이가 발생한 것으로 판단되면, 편이된 ST 세그먼트와 T파의 데이터를 상기 제1제거 진폭 집합으로부터 제거함으로써 제2제거 진폭 집합을 구성하는 제2제거 진폭 집합 추출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 학습 집합은 CSE 데이터 베이스(Common Standards for Quantitative Electrocardiography data base)중에서 ST 세그먼트와 T파에 확실히 편이가 발생한 데이터인 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
  14. 제3항에 있어서, 상기 최대 편이도는 상기 제1진폭 집합의 열벡터와 상기 열벡터의 평균간의 차에 절대값을 취한 값을 상기 열벡터의 표준 편차로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 심전도 신호의 ST 세그먼트와 T파에 대한 특성 표시 장치.
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