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KR102414869B1 - 심장제세동기를 위한 트리 구조의 부정맥 검출 신호처리 방법 및 시스템 - Google Patents

심장제세동기를 위한 트리 구조의 부정맥 검출 신호처리 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

멀티 채널은 물론 단일 채널의 심박 신호를 통해서도 보다 빠르고 정확하게 부정맥을 분류하기 위한 방안으로, 트리 구조의 부정맥 분류 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 부정맥 분류 방법은 심박 신호의 RR 간격을 기초로, 부정맥을 분류하는 제1 분류단계; 및 RR 간격을 기초로 부정맥을 분류가 불가능하면, 심박 신호의 R점들에 관한 다른 파라미터를 기초로, 부정맥을 분류하는 제2 분류단계;를 포함한다.
이에 의해, 트리 구조의 부정맥 분류 방법을 통해, 멀티 채널은 물론 단일 채널의 심박 신호를 통해서도 보다 빠르고 정확하게 부정맥을 분류할 수 있게 된다.

Description

심장제세동기를 위한 트리 구조의 부정맥 검출 신호처리 방법 및 시스템{Arrhythmia Detection Signal Processing Method and System for a Cardiac Defibrillator}
본 발명은 부정맥 분류 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 심장제세동기의 제어 SoC를 위해 저복잡도로 구현하기 위한 트리구조 형태의 부정맥 분류 방법에 관한 것이다.
심장제세동기는 규칙적인 심장 박동을 회복시키기 위해, 흉벽을 통해 전기 충격을 심장에 전달하는 장치이다. 심장제세동기는 AED(Automated External Defibrillator) 또는 이식형으로 구현된다.
심장제세동기는 심장 박동으로부터 부정맥의 종류를 SR(Sinus Rhythm : 정상), VT(Ventricular Tachycardia : 심실빈맥), VF(ventricular fibrillation : 심실세동)으로 구분하여여 한다.
하지만, 단일 채널로 들어오는 심박 신호를 통해 부정맥 종류를 구분하는 것은 쉽지 않으며, VT 또는 VF가 순차적으로 발생 하는 경우에는 먼저 발생 하는 부정맥에 관한 신호 처리가 이루어지지 않아, 빠른 심제세동이 어려운 문제가 있는 바, 개선이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 멀티 채널은 물론 단일 채널의 심박 신호를 통해서도 보다 빠르고 정확하게 부정맥을 분류하기 위한 방안으로, 트리 구조의 부정맥 분류 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 부정맥 분류 방법은 심박 신호의 RR 간격을 기초로, 부정맥을 분류하는 제1 분류단계; 및 RR 간격을 기초로 부정맥을 분류가 불가능하면, 심박 신호의 R점들에 관한 다른 파라미터를 기초로, 부정맥을 분류하는 제2 분류단계;를 포함한다.
제1 분류단계는, RR 간격이 제1 문턱값 이상인지 판별하는 단계; 및 RR 간격이 제1 문턱값 이상이면, 부정맥을 SR(Sinus Rhythm : 정상)로 분류하는 단계;를 포함할 수 있다.
제1 분류단계는, RR 간격이 제1 문턱값 미만이면, RR 간격이 제1 문턱값 보다 작은 제2 문턱값 이상인지 판별하는 단계; 및 RR 간격이 제2 문턱값 이상이면, 부정맥을 VT(Ventricular Tachycardia : 심실빈맥)로 분류하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
심박 신호의 R점들에 관한 다른 파라미터는, R-peak 값 및 평균 RR 간격 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 분류단계는, 심박 신호의 R점들에 관한 다른 파라미터를 기초로, 심박 신호의 안정도를 판별하는 단계; 심박 신호가 안정한 것으로 판별되면, 부정맥을 VT로 분류하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 부정맥 분류 방법은 심박 신호가 안정한 것으로 판별되면, 부정맥을 VF(ventricular fibrillation : 심실세동)로 분류하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
심박 신호의 RR 간격은, 심박 신호를 필터링한 후 문턱치와 비교하여 검출한 R점들에 기초하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 제세동기는 심박 신호를 생성하는 측정부; 측정부에서 생성된 심박 신호의 RR 간격을 기초로 부정맥을 분류하고, RR 간격을 기초로 부정맥을 분류가 불가능하면 심박 신호의 R점들에 관한 다른 파라미터를 기초로 부정맥을 분류하는 제어부;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 트리 구조의 부정맥 분류 방법을 통해, 멀티 채널은 물론 단일 채널의 심박 신호를 통해서도 보다 빠르고 정확하게 부정맥을 분류할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, AED 또는 이식형으로 구현되는 심장제세동기의 제어 SoC를 저복잡도로 구현가능하다.
도 1은 FIR 필터의 블록도,
도 2는 R점 검출 결과를 예시한 도면,
도 3은 검출된 R점들에 기초한 RR 간격, R-peak 값, 평균 RR 간격을 예시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심실성 부정맥 분류 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 5는 최종적인 리듬 분류 과정 및 결과를 예시한 도면,
도 6은 VT 및 VF 검출결과를 예시한 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 심장제세동기의 블럭도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는, AED(Automated External Defibrillator) 또는 이식형으로 구현되는 심장제세동기의 제어 SoC를 위한 저복잡도로 구현가능한 부정맥 분류 방법 및 시스템을 제시한다.
본 발명의 실시예에 따른 부정맥 분류 방법은, 심장 박동으로부터 부정맥의 종류를 SR(Sinus Rhythm : 정상), VT(Ventricular Tachycardia : 심실빈맥), VF(ventricular fibrillation : 심실세동)으로 구분함에 있어, 트리 구조의 알고리즘을 이용하여 먼저 확실하게 발생하는 부정맥을 빠르게 구분한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 부정맥 분류 방법은, 단일 채널의 심박 신호를 이용하더라도 부정맥의 종류를 구분할 수 있고, 실시간 구현을 위해 연산이 비교적 간단하고 구현이 용이한 구조이며, 시간 영역 및 형태학적 특징을 추출하여 이용한다.
최종적인 리듬 구분을 위해 7개 이상의 동일한 심장 박동을 갖는 경우를 하나의 리듬으로 판별하여 최종적으로 SR, VT 및 VF로 분류한다.
본 발명의 실시예에서는, EGM(ElectroGraM) 신호의 고주파 성분 잡음을 제거하기 위해, 125Hz 10차 FIR(Finite Impulse Response) LPF(Low Pass Filter)로 필터링을 수행한다. 사용가능한 FIR 필터의 블록도를 도 1에 제시하였다.
FIR 필터는 차수가 높을수록 시간 지연(Time Delay)dl 커지는 단점이 있지만, 피드백 성분을 갖지 않으므로 선형위상특성, 즉 입력과 출력 간의 파형의 형태가 잘 유지되고 항상 안정적인 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 심박 신호의 R점을 부각시키기 위하여 narrow BPF(Band Pass Filter)와 스무딩 필터(Smoothing Filter)로 기능하는 LPF(Low Pass Filter)를 사용하며, 문턱치(Threshold)에 기반하여 R점을 검출한다. 도 2에는 R점 검출 결과를 예시하였다.
도 3에는 검출된 R점들을 기준으로, RR 간격, 진폭, 형태 등에 기반한 특징점(featrue)을 3가지 리듬(rhythm)에 관하여 나타낸 것이다. 도 3에서 나타난 바와 같이, RR 간격(RR interval)은 SR > VT > VF 순으로 크게 나타나고, R-peak 값(R-peak value)의 경우 SR과 VT는 거의 같은 대역에 분포하며 거의 일정하고 규칙적인 반면, VF는 매우 불규칙적인 형태를 보인다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심실성 부정맥 분류 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 심실성 부정맥 분류 방법은, 트리 구조의 알고리즘을 통해 심장 박동으로부터 SR, VT 및 VF를 분류한다.
부정맥 분류를 위해, 먼저, RR 간격(RR interval)을 산출하여 500ms 미만인지 판별한다(S110). RR 간격이 500ms 이상인 것으로 판별되면(S110-No), SR로 판별한다(S120).
반면, RR 간격이 500ms 미만인 것으로 판별되면(S110-Yes), RR 간격이 250ms 미만인지 판별한다(S130). RR 간격이 250ms 이상인 것으로 판별되면(S130-No), VT로 판별한다(S140).
S110단계에서 RR 간격이 500ms 미만인 것으로 판별된 바 있으므로, S130단계에서 RR 간격이 250ms 이상으로 판별되는 경우는, "250ms ≤ RR 간격 < 500ms"인 경우이다.
RR 간격이 250ms 미만인 것으로 판별되면(S130-Yes), R-peak 값(R-peak value)과 평균 RR 간격(average RR interval)을 분석하여 심박 신호의 안정도를 판단한다(S150).
S150단계에서 심박 신호가 안정한 것으로 판단되면(S150-Yes), VT로 판별한다(S160). 반면, S150단계에서 심박 신호가 불안정한 것으로 판단되면(S150-No), VF로 판별한다(S170).
한편, 리듬 구분을 위해, 7개 이상의 동일한 심장 박동을 갖는 경우를 하나의 리듬으로 판별하여, SR, VT 및 VF를 분류하는 것이 바람직하다.
도 5에는 최종적인 리듬 분류 과정 및 결과를 보여주고 있다. 도 5에서 연두색으로 표시된 부분들은 초기에 구분된 심방 박동으로, 중간 중간에 PVC 비트가 포함되어 있으나, 대부분 7개 이상의 동일한 비트를 갖지 못하므로 최종적으로 SR 리듬(빨간색으로 표시)으로 구분됨을 알 수 있다.
도 6에는 VT, VF, SR 리듬이 동시에 존재하는 record에 대한 검출 결과를 예시로 나타내었다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 심장제세동기의 블럭도이다. 본 발명의 실시예에 따른 심장제세동기는, 도 7에 도시된 바와 같이, 심박 측정부(210), 신호 처리부(220), 제어부(230) 및 제세동부(240)를 포함한다.
심박 측정부(210)는 환자의 심장 박동을 측정하여 심박 신호를 생성하여, 신호 처리부(220)로 인가한다. 신호 처리부(220)는 심박 측정부(210)에서 생성된 환자의 심장 박동 신호에 대한 증폭, 필터링 등의 신호처리를 수행한다.
제어부(230)는 신호 처리부(220)에서 신호처리된 심장 박동 신호에서 R점들을 검출하고, 검출된 R점들을 기초로 RR 간격, R-peak 값, 평균 RR 간격 등을 산출한다.
그리고, 제어부(230)는 산출된 RR 간격, R-peak 값, 평균 RR 간격을 기초로, 부정맥의 종류를 분류하고, 필요시 제세동부(240)를 동작시켜 심장 제세동을 위한 전기 신호를 생성한다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
210 : 심박 측정부
220 : 신호 처리부
230 : 제어부
240 : 제세동부

Claims (8)

  1. 심장제세동기가, 심박 신호의 RR 간격을 기초로, 부정맥을 분류하는 제1 분류단계; 및
    RR 간격을 기초로 부정맥을 분류가 불가능하면, 심장제세동기가 심박 신호의 R점들에 관한 다른 파라미터를 기초로, 부정맥을 분류하는 제2 분류단계;를 포함하고,
    제2 분류단계는,
    심장제세동기가, 심박 신호의 R-peak 값 및 평균 RR 간격을 기초로, 심박 신호의 안정도를 판별하는 단계;
    심장제세동기가, 판별 단계에서 판별한 안정도를 기초로, 부정맥을 분류하는 단계;를 포함하고,
    심박 신호의 RR 간격은,
    심박 신호를 FIR LPF(Finite Impulse Response Low Pass Filter)로 필터링한 후 문턱치와 비교하여 검출한 R점들을 기초로 산출되며,
    7개 이상의 동일한 심장 박동을 갖는 경우를 하나의 리듬으로 판별하여, 제1 분류 단계와 제2 분류단계를 수행하고,
    7개 이상의 동일한 심장 박동을 갖지 않는 경우는, SR(Sinus Rhythm : 정상)로 분류하는 것을 특징으로 하는 부정맥 분류 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1 분류단계는,
    심장제세동기가, RR 간격이 제1 문턱값 이상인지 판별하는 단계; 및
    심장제세동기가, RR 간격이 제1 문턱값 이상이면, 부정맥을 SR로 분류하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부정맥 분류 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제1 분류단계는,
    심장제세동기가, RR 간격이 제1 문턱값 미만이면, RR 간격이 제1 문턱값 보다 작은 제2 문턱값 이상인지 판별하는 단계; 및
    심장제세동기가, RR 간격이 제2 문턱값 이상이면, 부정맥을 VT(Ventricular Tachycardia : 심실빈맥)로 분류하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부정맥 분류 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    제2 분류단계는,
    심장제세동기가, 심박 신호가 안정한 것으로 판별되면, 부정맥을 VT로 분류하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부정맥 분류 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    제2 분류단계는,
    심장제세동기가, 심박 신호가 안정하지 않은 것으로 판별되면, 부정맥을 VF(ventricular fibrillation : 심실세동)로 분류하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부정맥 분류 방법.
  7. 삭제
  8. 심박 신호를 생성하는 측정부;
    측정부에서 생성된 심박 신호의 RR 간격을 기초로 부정맥을 분류하고, RR 간격을 기초로 부정맥을 분류가 불가능하면 심박 신호의 R점들에 관한 다른 파라미터를 기초로 부정맥을 분류하는 제어부;를 포함하고,
    제어부는,
    RR 간격을 기초로 부정맥을 분류가 불가능하면 심박 신호의 R-peak 값 및 평균 RR 간격을 기초로 심박 신호의 안정도를 판별하며, 판별한 안정도를 기초로 부정맥을 분류하고,
    심박 신호의 RR 간격은,
    심박 신호를 FIR LPF(Finite Impulse Response Low Pass Filter)로 필터링한 후 문턱치와 비교하여 검출한 R점들을 기초로 산출되며,
    제어부는,
    7개 이상의 동일한 심장 박동을 갖는 경우를 하나의 리듬으로 판별하여, RR 간격을 기초로 부정맥을 분류하고 RR 간격을 기초로 부정맥을 분류가 불가능하면 심박 신호의 안정도를 기초로 부정맥을 분류하며,
    7개 이상의 동일한 심장 박동을 갖지 않는 경우는, SR(Sinus Rhythm : 정상)로 분류하는 것을 특징으로 하는 제세동기.
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