KR102813203B1 - Method to remove noise from ECG signal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기본 심전도 신호를 이산 웨이블릿 변환을 통해 분해 레벨별로 저주파 대역과 고주파 대역으로 분할하고, 상기 분해 레벨별로 세부(detail) 계수를 파악하며, 각 분해 레벨별로 파악한 세부 계수의 절대값을 설정된 임계값과 비교하여 상기 임계값보다 작은 세부 계수를 '0'으로 만드는 과정을 거친 후, '0'이 아닌 분해 레벨별 세부 계수와 각 분해 레벨별 근사치 계수를 이용하여 노이즈 제거된 제1 심전도 신호로 복원하고, 제1 심전도 신호를 Savitzky-Golay 필터를 이용하여 제1 심전도 신호를 스무딩시킨 제2 심전도 신호를 생성하고, 제2 심전도 신호에서 파악한 QRS 구간을 이용하여 기본 심전도 신호의 QRS 구간 파형을 추출하여 제2 심전도 신호의 QRS 구간의 파형과 바꾸어 제3 심전도 신호를 생성하며, 제3 심전도 신호의 P 구간 파형과 상기 기본 심전도 신호의 P 구간 파형을 비교하여 상기 제3 심전도 신호의 P 구간 파형에 대한 왜곡을 판단하고 왜곡시에 왜곡을 보정하여 제1 결과 심전도 신호를 생성하는 심전도 신호의 노이즈 제거 방법에 관한 것이다.The present invention divides a basic electrocardiogram signal into a low-frequency band and a high-frequency band by decomposition level through discrete wavelet transform, identifies detail coefficients by decomposition level, compares the absolute value of the detail coefficients identified by each decomposition level with a set threshold value, and makes the detail coefficients smaller than the threshold value '0', and then restores a first electrocardiogram signal with noise removed by using the detail coefficients by each decomposition level that are not '0' and the approximation coefficients by each decomposition level, and generates a second electrocardiogram signal by smoothing the first electrocardiogram signal using a Savitzky-Golay filter, and extracts a QRS section waveform of the basic electrocardiogram signal by using the QRS section identified in the second electrocardiogram signal and exchanges it with the QRS section waveform of the second electrocardiogram signal to generate a third electrocardiogram signal, and compares the P section waveform of the third electrocardiogram signal with the P section waveform of the basic electrocardiogram signal to determine distortion of the P section waveform of the third electrocardiogram signal, and corrects the distortion when distortion occurs to obtain a first result. The present invention relates to a method for removing noise from an electrocardiogram signal, which generates an electrocardiogram signal.
Description
본 발명은 본 발명은 측정된 심전도 신호에 포함된 노이즈(noise)를 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing noise included in a measured electrocardiogram signal.
점점 서구화된 식습관과 스트레스 및 불규칙한 생활로 인해 현대인들은 다양한 심장질환에 노출될 확률이 높아지고 있다. 심장질환 판단을 위해서는 심전도 검사를 통해 대상자의 심전도(ECG: ElectroCardioGram) 신호를 측정하고, 측정된 심전도 신호를 분석하여야 한다.Due to increasingly westernized eating habits, stress, and irregular lifestyles, modern people are more likely to be exposed to various heart diseases. In order to determine heart disease, the subject's electrocardiogram (ECG: ElectroCardioGram) signal must be measured through an electrocardiogram test, and the measured ECG signal must be analyzed.
심전도 신호는 QRS 군(complex)과, P 파형 및 T 파형으로 구성되어 있으며, 이들은 심장질환의 종류에 따라 진폭, 위치, 간격 등에서 변형이 발생하며, 이러한 각 파형들의 변형 정보가 심장질환 판단에 중요한 정보로 이용된다. 따라서, 따라서 심장 질환을 자동으로 진단하기 위해서는 심전도 신호의 구성요소를 확실하게 검출하는 것이 매우 중요하다.The electrocardiogram signal is composed of a QRS complex, a P wave, and a T wave, and these are modified in amplitude, location, and interval depending on the type of heart disease, and the modification information of each of these waveforms is used as important information for diagnosing heart disease. Therefore, it is very important to reliably detect the components of the electrocardiogram signal in order to automatically diagnose heart disease.
하지만 실제 측정된 심전도 신호는 전원 잡음, 불규칙적인 호흡, 근잡음에 기인한 기저선 변동 등의 신호 왜곡이 발생하여 주요 파형의 검출이 어려운 문제가 있다.However, the actual measured electrocardiogram signal has a problem in that it is difficult to detect the main waveform due to signal distortion such as baseline fluctuations caused by power noise, irregular breathing, and muscle noise.
본 발명은 노이즈 레벨이나 종류에 따라서 필터를 달리하여 정확한 심전도 신호의 주요 파형을 검출할 수 있게 하는 심전도 신호의 노이즈 제거 방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a noise removal method of an electrocardiogram signal, which enables the detection of the main waveform of an accurate electrocardiogram signal by changing the filter according to the noise level or type.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 심전도 신호의 노이즈 제거 방법은 사용자에 대한 기본 심전도 신호를 수신하는 단계; 상기 기본 심전도 신호를 이산 웨이블릿 변환을 통해 분해 레벨별로 저주파 성분과 고주파 성분으로 분할하는 단계; 상기 분해 레벨별로 세부(detail) 계수를 파악하는 단계; 각 분해 레벨별로 파악한 세부 계수의 절대값을 설정된 임계값과 비교하여 상기 임계값보다 작은 세부 계수를 '0'으로 만드는 단계; '0'이 아닌 분해 레벨별 세부 계수와 각 분해 레벨별 근사치 계수를 이용하여 노이즈 제거된 제1 심전도 신호로 복원하는 단계; Savitzky-Golay 필터를 이용하여 상기 제1 심전도 신호를 스무딩시킨 제2 심전도 신호를 생성하는 단계; 상기 제2 심전도 신호에서 상기 QRS 구간을 파악하는 단계; 상기 기본 심전도 신호에서 상기 QRS 구간에 대응하는 QRS 구간 파형을 추출하는 단계; 상기 추출한 QRS 구간 파형을 상기 제2 심전도 신호의 QRS 구간의 파형과 바꾸어 제3 심전도 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제3 심전도 신호의 P 구간 파형과 상기 기본 심전도 신호의 P 구간 파형을 비교하여 상기 제3 심전도 신호의 P 구간 파형에 대한 왜곡을 판단하고 왜곡시에 왜곡을 보정하여 제1 결과 심전도 신호를 생성하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a noise removing method of an electrocardiogram signal comprises the steps of: receiving a basic electrocardiogram signal for a user; dividing the basic electrocardiogram signal into low-frequency components and high-frequency components by decomposition level through discrete wavelet transform; identifying a detail coefficient by the decomposition level; comparing the absolute value of the detail coefficient identified by each decomposition level with a set threshold value and making the detail coefficient smaller than the threshold value '0'; restoring a first electrocardiogram signal from which noise has been removed by using the detail coefficient by each decomposition level that is not '0' and the approximation coefficient by each decomposition level; generating a second electrocardiogram signal by smoothing the first electrocardiogram signal using a Savitzky-Golay filter; identifying the QRS segment from the second electrocardiogram signal; extracting a QRS segment waveform corresponding to the QRS segment from the basic electrocardiogram signal; generating a third electrocardiogram signal by exchanging the extracted QRS segment waveform with the waveform of the QRS segment of the second electrocardiogram signal; And it includes a step of comparing the P section waveform of the third electrocardiogram signal with the P section waveform of the basic electrocardiogram signal to determine distortion of the P section waveform of the third electrocardiogram signal, and correcting the distortion when distortion occurs to generate a first result electrocardiogram signal.
본 발명의 실시 예에 따른 심전도 신호의 노이즈 제거 방법은 상기 웨이블릿 변환을 통해 얻은 저주파 대역의 근사치 계수를 이산 웨이블릿 변환을 통해 저주파 신호로 복원하는 단계; 상기 저주파 신호에서 베이스 라인을 파악하는 단계; 및A method for removing noise from an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: restoring an approximation coefficient of a low-frequency band obtained through the wavelet transform into a low-frequency signal through discrete wavelet transform; identifying a baseline from the low-frequency signal; and
상기 제1 결과 심전도 신호에서 상기 베이스 라인을 제거하여 제2 결과 심전도 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include a step of generating a second result electrocardiogram signal by removing the baseline from the first result electrocardiogram signal.
상기 제1 결과 심전도 신호를 생성하는 단계는 상기 제3 심전도 신호의 P 구간 파형과 상기 기본 심전도 신호의 P 구간 파형 간 교차 회수가 설정 횟수보다 작으면서 값의 차이가 설정값보다 크면, 상기 왜곡이라고 판단하고, 상기 제3 심전도 신호의 P 구간 파형을 2차 Savitzky-Golay 필터의 윈도우 사이즈를 설정치만큼 줄여 필터링하여 상기 기본 심전도 신호의 P 구간의 파형에 근사한 파형을 만들 수 있다.In the step of generating the first result electrocardiogram signal, if the number of crossings between the P section waveform of the third electrocardiogram signal and the P section waveform of the basic electrocardiogram signal is less than a set number and the difference in values is greater than a set value, it is determined that there is distortion, and the P section waveform of the third electrocardiogram signal is filtered by reducing the window size of a second-order Savitzky-Golay filter by a set value to create a waveform approximate to the waveform of the P section of the basic electrocardiogram signal.
상기 임계값은 설정 프로그램을 통해 산출되거나, 측정 환경을 고려하여 측정 전, 작업자에 의해 임의로 설정될 수 있다.The above threshold value can be calculated through a setting program or arbitrarily set by the operator before measurement considering the measurement environment.
상기 저주파 신호에서 파악한 베이스 라인의 파형은 Savitzky-Golay 필터로 스무딩된 것일 수 있다.The waveform of the baseline identified from the above low-frequency signal may be smoothed by a Savitzky-Golay filter.
상기 제3 심전도 신호를 생성하는 단계는 상기 제2 심전도 신호의 QRS 구간에 상기 추출한 QRS 구간 파형을 삽입하는 단계; 및 상기 제2 심전도 신호의 QRS 구간 전후의 신호와 상기 삽입된 QRS 구간 파형의 연결 부분을 스무딩하는 단계를 포함할 수 있다.The step of generating the third electrocardiogram signal may include the step of inserting the extracted QRS segment waveform into the QRS segment of the second electrocardiogram signal; and the step of smoothing the connection portion of the signals before and after the QRS segment of the second electrocardiogram signal and the inserted QRS segment waveform.
상기 연결 부분을 스무딩하는 단계는 상기 연결 부분의 차이를 식별하는 단계; 상기 차이의 크기에 따라 스무딩 프로세스의 스무딩 정도를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 스무딩 정도를 적용하여 상기 연결 부분에 상기 스무딩 프로세스를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.The step of smoothing the above-mentioned connection portion may include the steps of: identifying a difference in the above-mentioned connection portion; determining a smoothing degree of the smoothing process according to a size of the difference; and applying the smoothing process to the above-mentioned connection portion by applying the determined smoothing degree.
상기 기본 심전도 신호는 상기 사용자에 대해 측정한 측정 심전도 신호에서 기초 잡음을 제거한 신호일 수 있다.The above basic electrocardiogram signal may be a signal obtained by removing baseline noise from a measured electrocardiogram signal measured for the user.
본 발명은 심전도 신호의 노이즈를 이산 웨이블릿 변환(DWT: Discret Wavelet Transform)을 통해 제거한 후 남아 있는 노이즈의 레벨에 따라 윈도우 사이즈를 조절하여 Savitzky-Golay 필터링을 하며, QRS 구간의 파형과 P 파형에 대한 왜곡을 보상하여 주요 파형의 검출이 용이하도록 심전도 신호를 생성하여 제공하는 장점이 있다.The present invention has the advantage of generating and providing an electrocardiogram signal by removing noise from an electrocardiogram signal through a discrete wavelet transform (DWT), adjusting a window size according to the level of the remaining noise, performing Savitzky-Golay filtering, and compensating for distortion of the QRS section waveform and the P waveform so as to facilitate detection of the main waveform.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 심전도 신호의 노이즈 제거 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 심전도 신호의 노이즈 제거 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이산 웨이블릿 변환과 임계처리를 이용한 노이즈 제거 방법에 대한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이산웨이블렛(DWT: Discret Wavelet Transform) 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기본 심전도 신호를 설명하기 위한 신호 파형도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이산 웨이블릿 변환된 신호 및 2차 savitzky-Golay 필터로 필터링된 신호를 보인 신호 파형도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 QRS 구간의 파형 교체를 설명하기 위한 신호 파형도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 QRS 구간의 파형 교체한 연결 부분에 대하여 스무드 필터를 적용한 일 예를 보인 신호 파형도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 베이스라인 신호를 설명하기 위한 신호 파형도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 베이스라인 신호를 제거 과정을 설명하기 위한 신호 파형도이다.FIG. 1 is a block diagram of a noise removal device for an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a method for removing noise from an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart of a noise removal method using discrete wavelet transform and thresholding according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a discrete wavelet transform (DWT) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a signal waveform diagram for explaining a basic electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a signal waveform diagram showing a discrete wavelet transformed signal and a signal filtered with a second-order Savitzky-Golay filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a signal waveform diagram for explaining waveform replacement of a QRS section according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a signal waveform diagram showing an example of applying a smooth filter to a waveform-replaced connection portion of a QRS section according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a signal waveform diagram for explaining a baseline signal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a signal waveform diagram for explaining a baseline signal removal process according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the attached drawings. Regardless of the reference numerals used in the drawings, identical or similar components will be given the same reference numerals and redundant descriptions thereof will be omitted. In addition, when describing embodiments disclosed in this specification, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 출원에서, 설명되는 각 단계들은 특별한 인과관계에 의해 나열된 순서에 따라 수행되어야 하는 경우를 제외하고, 나열된 순서와 상관없이 수행될 수 있다.In this application, each step described may be performed regardless of the listed order, except in cases where it must be performed in the listed order due to a special causal relationship.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, it should be understood that terms such as “comprises” or “have” are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 심전도 신호의 노이즈 제거 장치의 블록 구성도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 심전도 신호의 노이즈 제거 장치(100)는 웨이블릿 변환부(101), 중고주파 잡음제거부(102), 스무딩부(103), QRS구간 결합부(104), QRS 추출부(105), P구간 처리부(106), 베이스라인 처리부(107), 최종신호 생성부(108) 및 출력부(109)를 포함한다.FIG. 1 is a block diagram of a noise removing device for an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a noise removing device (100) for an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention includes a wavelet transform unit (101), a high and medium frequency noise removing unit (102), a smoothing unit (103), a QRS segment combining unit (104), a QRS extraction unit (105), a P segment processing unit (106), a baseline processing unit (107), a final signal generating unit (108), and an output unit (109).
웨이블릿 변환부(101)는 설정시간(예; 2초, 3초 등) 동안에 연속하는 기본 심전도(ECG) 신호(S1)를 수신하고, 수신한 기본 심전도 신호(S1)를 이산 웨이블릿 변환을 하여 저주파 대역과 고주파 대역을 포함한 중주파 이상 대역으로 분할한다. The wavelet transform unit (101) receives a continuous basic electrocardiogram (ECG) signal (S1) for a set period of time (e.g., 2 seconds, 3 seconds, etc.) and performs a discrete wavelet transform on the received basic ECG signal (S1) to divide it into a mid-frequency band and higher band including a low-frequency band and a high-frequency band.
여기서 저주파 대역이란 심전도의 기저선 노이즈를 포함하는 대략 2Hz 이하의 대역을 의미하고, 고주파 대역이란 EMG 노이즈를 포함한 대략 40Hz 이상의 대역을 의미하며 중주파 대역은 그 사이의 대역을 의미한다. 설정된 웨이블릿 변환의 레벨 및 신호의 샘플링 레이트에 따라, 분할되는 대역은 달라지며, 제거할 수 있는 중주파 이상의 대역 역시 변경된다. Here, the low-frequency band means a band below approximately 2 Hz that includes the baseline noise of the electrocardiogram, the high-frequency band means a band above approximately 40 Hz that includes EMG noise, and the mid-frequency band means a band in between. Depending on the level of the set wavelet transform and the sampling rate of the signal, the divided band varies, and the mid-frequency or higher band that can be removed also varies.
도 4를 참고하여 웨이블릿 변환부(101)의 일 실시예 동작을 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이산 웨이블릿 변환을 설명하기 위한 도면으로, 제 3레벨로 주파수 대역을 분리하는 것을 일 예로 한 것이다. 물론 웨이블릿 변환부(101)는 제3 레벨보다 낮게 설정되거나 제3 레벨보다 높게 설정될 수 있으며, 기저선을 제거하기 위해서는, 상기에 명시된 저주파 대역을 신호에서 추출하기위해, 중주파 이상의 노이즈를 제거할 때보다 더 많은 레벨을 거쳐야 하므로, 중주파 이상의 노이즈를 제거하기 위해 실행되는 웨이블릿 분할 레벨과 기저선 제거를 위한 분할 레벨은 다를 수 있다. Referring to FIG. 4, an operation of an embodiment of a wavelet transform unit (101) is described. FIG. 4 is a diagram for explaining a discrete wavelet transform according to an embodiment of the present invention, and is an example of separating a frequency band into a third level. Of course, the wavelet transform unit (101) may be set lower than the third level or higher than the third level, and in order to remove a baseline, more levels must be passed through to extract the low-frequency band specified above from a signal than when removing noise above a mid-frequency, so the wavelet segmentation level executed to remove noise above a mid-frequency and the segmentation level for removing a baseline may be different.
웨이블릿 변환부(101)는 각 레벨별로 주파수를 분할할때마다 고역통과필터링을 통해 세부(detail) 계수를 산출하고, 저역통과필터링을 통해 근사치(approximation) 계수를 산출한다. 이때 세부 계수는 해당 레벨의 신호의 고주파 성분을 담고, 근사치 계수는 저주파 성분을 담으며, 각 레벨별로 주파수를 분할할때마다, 다운샘플링 과정을 겪게 되게 때문에 낮은 주파수 대역일 수록, 해상도가 낮고, 반대로 높은 주파수 대역일 수록, 해상도가 높은 특성을 보인다. 제1 레벨에서 세부 계수 (고주파 성분) 와 근사치 계수 (저주파 성분) 로 으로 분할(분해)하고, 제2 레벨에서 제1 레벨에서의 저주파 성분을 저주파 성분과 고주파 성분으로 분할하며, 제3 레벨에서 제2 레벨에서의 저주파 성분을 저주파 성분과 고주파 성분으로 분할한다.The wavelet transform unit (101) calculates detail coefficients through high-pass filtering each time the frequency is divided by each level, and calculates approximation coefficients through low-pass filtering. At this time, the detail coefficients contain the high-frequency components of the signal of the corresponding level, and the approximation coefficients contain the low-frequency components. Since a downsampling process is performed each time the frequency is divided by each level, the lower the frequency band, the lower the resolution, and conversely, the higher the frequency band, the higher the resolution. At the first level, it is divided (decomposed) into detail coefficients (high-frequency components) and approximation coefficients (low-frequency components), at the second level, the low-frequency components at the first level are divided into low-frequency components and high-frequency components, and at the third level, the low-frequency components at the second level are divided into low-frequency components and high-frequency components.
따라서, 웨이블릿 변환부(101)에서 분할된 주파수 성분은, 도 4의 예시대로분해된 레벨이 3이라고 가정할 때에, 제3 레벨에서 분할된 저주파수 성분과, 제1 내지 제3 레벨에서 분할된 3개의 서로 다른 고주파수 성분이다. 여기서, 3개의 서로 다른 고주파수 성분 중 제1 레벨에서 분할된 고주파수 성분의 주파수 대역이 가장 높고, 제3 레벨에서 분할된 저주파수 성분의 주파수 대역이 가장 낮다.Accordingly, the frequency components divided in the wavelet transform unit (101) are, assuming that the decomposed levels are 3 as in the example of Fig. 4, a low-frequency component divided in the third level and three different high-frequency components divided in the first to third levels. Here, among the three different high-frequency components, the frequency band of the high-frequency component divided in the first level is the highest, and the frequency band of the low-frequency component divided in the third level is the lowest.
웨이블릿 변환부(101)는 각 레벨마다 이용되는 세부 계수를 중고주파 잡음제거부(102)에 제공한다. 또한 웨이블릿 변환부(101)는 중고주파 잡음제거부(102)의 요청에 따라 제공한 분할한 각 주파수 대역을 중주파 대역 이상의 노이즈가 제거된 심전도 신호(이하 '제1 심전도 신호'라고 한다)로 복원한다.The wavelet transform unit (101) provides detailed coefficients used for each level to the high- and medium-frequency noise removal unit (102). In addition, the wavelet transform unit (101) restores each divided frequency band provided at the request of the high- and medium-frequency noise removal unit (102) into an electrocardiogram signal (hereinafter referred to as the 'first electrocardiogram signal') from which noise above the medium-frequency band has been removed.
중고주파 잡음제거부(102)는 중주파 이상 대역의 잡음을 제거한다. 예컨대, 중고주파 잡음제거부(102)는 설정된 임계값과 세부 계수의 절대값을 비교하여 임계값 이하인 세부 계수를 '0'으로 만드는 임계처리를 수행한다. 세부 계수를 '0'으로 만든다는 것은 이산 웨이블릿 변환의 복원(합성)시에 해당 레벨의 세부 계수가 이용되지 않는다는 것을 의미하며, 이는 해당 레벨에서 분할한 고주파 성분이 복원되지 않고 노이즈로 제거된다는 것을 의미한다.The high-frequency noise removing unit (102) removes noise in the high-frequency and higher bands. For example, the high-frequency noise removing unit (102) performs thresholding processing to compare the absolute value of the detailed coefficients with a set threshold value and make the detailed coefficients below the threshold value '0'. Making the detailed coefficients '0' means that the detailed coefficients at the corresponding level are not used when restoring (synthesizing) the discrete wavelet transform, which means that the high-frequency components divided at the corresponding level are not restored but removed as noise.
한편, 상기에서 '임계값'은 외부 장치로부터 수신되거나, 노이즈 제거 장치(100)의 중고주파 잡음제거부(102) 또는 임계값 설정부(미도시)에서 설정될 수 있다.Meanwhile, the 'threshold value' above may be received from an external device or set in the high-frequency noise removal unit (102) of the noise removal device (100) or the threshold value setting unit (not shown).
임계값은 R 파형의 피크값을 기준으로 피크값 대비 설정%(예; 10%, 15%, 20% 등)으로 설정되는 값이며, 설정 프로그램에 의해 자동 산출되거나, 사전에 사용자가 제시한 값을 기준으로 산출될 수 있다. 사용자가 값을 제시하는 경우에는 피측정자의 피부 타입이나 주변 환경 등과 같이 측정 환경이 일반적이지 않은 경우일 것이다.The threshold value is a value set as a set percentage (e.g., 10%, 15%, 20%, etc.) of the peak value of the R waveform, and can be automatically calculated by the setting program or calculated based on a value provided by the user in advance. If the user provides a value, it may be when the measurement environment is unusual, such as the subject's skin type or surrounding environment.
중고주파 잡음제거부(102)는 수신한 기본 심전도 신호에 대한 임계처리를 완료하면, 웨이블릿 변환부(101)로 각 레벨별 세부 계수 또는'0'값으로 처리한 세부 계수를 제공하여 제공한 세부 계수를 이용하여 이산 웨이블릿 변환의 복원(결합) 동작을 통해 제1 심전도 신호를 생성할 것을 지시한다.When the high-frequency noise removal unit (102) completes threshold processing on the received basic electrocardiogram signal, it provides the wavelet transform unit (101) with detailed coefficients for each level or detailed coefficients processed with a '0' value, and instructs the unit to generate a first electrocardiogram signal through a restoration (combination) operation of discrete wavelet transform using the provided detailed coefficients.
스무딩부(103)는 2차 Savitzky-Golay 필터를 포함하며, 웨이블릿 변환부(101)로부터 제1 심전도 신호를 수신하고, 제1 심전도 신호에 포함된 노이즈 레벨을 파악한 후 노이즈 레벨에 부합하는 Savitzky-Golay 필터의 윈도우 사이즈를 설정하며, 설정된 윈도우 사이즈로 제1 심전도 신호를 필터링하여 제2 심전도 신호를 생성한다. 2차 Savitzky-Golay 필터로 필터링된 제2 심전도 신호는 각 파형의 피크값이 낮아지고 평탄화되어 스무스(smooth)해진다.The smoothing unit (103) includes a second-order Savitzky-Golay filter, receives a first electrocardiogram signal from the wavelet transform unit (101), determines a noise level included in the first electrocardiogram signal, sets a window size of the Savitzky-Golay filter that matches the noise level, and filters the first electrocardiogram signal with the set window size to generate a second electrocardiogram signal. The second electrocardiogram signal filtered with the second-order Savitzky-Golay filter becomes smooth by lowering and flattening the peak value of each waveform.
QRS구간 결합부(104)는 제2 심전도 신호에서 시간을 기준으로 각 QRS 군의 구간(이하 'QRS 구간"이라 한)을 파악하고, QRS 추출부(105)로 QRS 구간에 대한 정보(즉, 시간 정보)를 제공하여 해당 QRS 구간의 QRS 파형을 QRS 추출부(105)로 수신하며, 수신한 QRS 파형을 해당 QRS 구간의 파형과 교체하여 제3 심전도 신호를 생성한다. QRS 파형은 QRS 군의 파형 즉, Q 파형, R 파형 및 S 파형으로 이루어진 파형을 의미한다.The QRS segment coupling unit (104) identifies the segment of each QRS group (hereinafter referred to as “QRS segment”) based on time in the second electrocardiogram signal, provides information (i.e., time information) on the QRS segment to the QRS extraction unit (105), receives the QRS waveform of the corresponding QRS segment to the QRS extraction unit (105), and generates a third electrocardiogram signal by replacing the received QRS waveform with the waveform of the corresponding QRS segment. The QRS waveform means a waveform of the QRS group, i.e., a waveform composed of a Q waveform, an R waveform, and an S waveform.
여기서, 수신한 QRS 파형을 해당 QRS 구간의 파형과 교체하게 되면, 기존 제2 심전도 신호의 QRS 구간 전후의 신호와 교체되어 삽입된 QRS 신호의 연결 부분에서 신호 크기의 연속성이 만족하지 않을 수 있다. 이러한 불연속 특징은 신호의 오류 또는 불완전성을 유발할 수 있다. 따라서 본 발명에서 상기 연결 부분은 스무딩 프로세스를 적용하여 연속성이 만족되도록 수정될 수 있다.Here, if the received QRS waveform is replaced with the waveform of the corresponding QRS section, the continuity of the signal size may not be satisfied in the connection portion of the QRS signal that is replaced and inserted with the signal before and after the QRS section of the existing second electrocardiogram signal. This discontinuity feature may cause an error or incompleteness of the signal. Therefore, in the present invention, the connection portion may be modified so that the continuity is satisfied by applying a smoothing process.
기존 제2 심전도 신호의 QRS 구간 전후의 신호와 교체되어 삽입된 QRS 신호의 연결 부분을 스무딩하기 위해 적용되는 스무딩 프로세스는 연결 부분의 불연속성의 정도에 따라 다르게 설정될 수 있다.The smoothing process applied to smooth the connected portion of the inserted QRS signal by replacing the signals before and after the QRS segment of the existing second electrocardiogram signal can be set differently depending on the degree of discontinuity of the connected portion.
예를 들어, 연결 부분의 불연속 차이가 큰 경우에는 적용되는 스무딩 필터의 윈도우를 상대적으로 크게 하여 차이가 큰 불연속을 최대한 수정하여 연속성을 강화할 수 있다. 반면에, 연결 부분의 불연속 차이가 작은 경우에는 적용되는 스무딩 필터의 윈도우를 상대적으로 작게 하여 연속성을 충분히 확보하면서도 스무딩 필터에 의한 신호 왜곡을 최소화할 수 있다.For example, when the discontinuity difference of the connected portion is large, the window of the applied smoothing filter can be made relatively large to maximize correction of the discontinuity with a large difference, thereby enhancing continuity. On the other hand, when the discontinuity difference of the connected portion is small, the window of the applied smoothing filter can be made relatively small to sufficiently secure continuity while minimizing signal distortion caused by the smoothing filter.
QRS 추출부(105)는 QRS구간 결합부(104)로부터 수신된 QRS 구간에 대한 정보에 위치한 기본 심전도 신호의 QRS 파형을 추출하고, 추출한 QRS 파형을 QRS구간 결합부(104)에 제공한다.The QRS extraction unit (105) extracts the QRS waveform of the basic electrocardiogram signal located in the information on the QRS segment received from the QRS segment coupling unit (104) and provides the extracted QRS waveform to the QRS segment coupling unit (104).
P구간 처리부(106)는 제3 심전도 신호를 수신하고, 제3 심전도 신호에서 P 구간을 파악한 후, 파악한 P 구간에 해당하는 제3 심전도 신호의 P 구간 파형과 기본 심전도 신호의 P 구간 파형을 비교하여(즉, 중첩시켜) 두 파형 간 교차회수와 신호 크기의 차이를 파악한다. P구간 처리부(106)는 두 파형 간 교차회수가 많으면 정상적인 P 구간 파형이라고 판단하여 제3 심전도 신호의 P 구간 파형을 그대로 사용하고, 두 파형 간 교차회수가 설정횟수보다 작으면서 신호 크기의 차이가 설정크기보다 크면 P 구간 파형에 왜곡이 발생하였다고 판단하여 제3 심전도 신호의 P 구간 파형을 보정한다.The P section processing unit (106) receives the third ECG signal, identifies the P section from the third ECG signal, and then compares (i.e., superimposes) the P section waveform of the third ECG signal corresponding to the identified P section with the P section waveform of the basic ECG signal to identify the number of crossings and the difference in signal size between the two waveforms. If the number of crossings between the two waveforms is large, the P section processing unit (106) determines that it is a normal P section waveform and uses the P section waveform of the third ECG signal as is, and if the number of crossings between the two waveforms is smaller than a set number and the difference in signal size is larger than the set size, it determines that distortion has occurred in the P section waveform and corrects the P section waveform of the third ECG signal.
상기에서 설정회수는 4회 또는 5회 등으로 설정될 수 있다. 그리고, 상기 설정크기는 정상적인 제3 심전도 신호의 P 구간 파형과 기본 심전도 신호의 P구간 파형 간의 평균적인 크기 차이보다 크도록 설정된다.In the above, the number of times can be set to 4 or 5 times, etc. In addition, the setting size is set to be larger than the average size difference between the P section waveform of the normal third electrocardiogram signal and the P section waveform of the basic electrocardiogram signal.
P구간 처리부(106)는 제3 심전도 신호의 P 구간 파형에 왜곡이 발생하였다고 판단하면, 왜곡이 발생한 P 구간 파형을 2차 Savitzky-Golay 필터의 윈도우 사이즈를 줄여 필터링함으로써 기본 심전도 신호의 P 구간 파형에 근사하게 만든다.If the P section processing unit (106) determines that distortion has occurred in the P section waveform of the third electrocardiogram signal, it filters the distorted P section waveform by reducing the window size of the second-order Savitzky-Golay filter, thereby making it approximate the P section waveform of the basic electrocardiogram signal.
P구간 처리부(106)에서 출력하는 심전도 신호는 제3 심전도 신호와 동일한 신호가 출력되거나, P 구간 파형의 왜곡이 보상된 심전도 신호가 출력되는데, 이를 통칭하여 P구간 처리부(106)에서 출력하는 심전도 신호를 제1 결과 심전도 신호라고 한다.The electrocardiogram signal output from the P section processing unit (106) is either the same signal as the third electrocardiogram signal or an electrocardiogram signal with the distortion of the P section waveform compensated for. The electrocardiogram signal output from the P section processing unit (106) is collectively called the first result electrocardiogram signal.
베이스라인 처리부(107)는 웨이블릿 변환부(101)에서 저주파 대역만을 복원하여 생성한 저주파 신호에 대하여 베이스라인의 유무를 판단하고, 베이스라인이라고 판단하면 수신한 저주파 신호를 2차 Savitzky-Golay 필터로 스무딩시킨다. 이때 Savitzky-Golay 필터의 윈도우 사이즈는 약 1초에 해당하는 샘플 사이즈로 설정된다.The baseline processing unit (107) determines whether there is a baseline in the low-frequency signal generated by restoring only the low-frequency band in the wavelet transform unit (101), and if it is determined to be a baseline, smoothes the received low-frequency signal with a second-order Savitzky-Golay filter. At this time, the window size of the Savitzky-Golay filter is set to a sample size corresponding to approximately 1 second.
최종신호 생성부(108)는 P구간 처리부(106)의 제1 결과 심전도 신호와 베이스라인 처리부(107)에서 출력하는 베이스라인 신호를 수신하고, 제1 결과 심전도 신호에서 베이스라인 신호를 제거하여 제2 결과 심전도 신호를 생성한다. 여기서, 베이스라인을 추출 및 제거를 하기 위한 작업을 하기 위해서는 중주파 이상의 대역의 신호처리 작업과 비교하여 더 많은 분해 레벨을 거쳐야 하고, 그에 따라 더 긴 입력 신호를 필요로 하기 때문에, 실시간 파형 출력의 지연을 피하기 위해, 제1 결과 심전도 신호는 제2 결과 심전도 신호보다 먼저 화면상으로 표시될 수 있다.The final signal generation unit (108) receives the first result electrocardiogram signal of the P section processing unit (106) and the baseline signal output from the baseline processing unit (107), and generates the second result electrocardiogram signal by removing the baseline signal from the first result electrocardiogram signal. Here, in order to perform the work of extracting and removing the baseline, more decomposition levels must be passed through compared to the signal processing work of the mid-frequency or higher band, and thus a longer input signal is required. Therefore, in order to avoid delay in real-time waveform output, the first result electrocardiogram signal may be displayed on the screen before the second result electrocardiogram signal.
출력부(109)는 최종신호 생성부(108)에서 생성한 제2 결과 심전도 신호를 외부로 출력한다.The output unit (109) outputs the second result electrocardiogram signal generated by the final signal generation unit (108) to the outside.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 심전도 신호의 노이즈 제거 방법에 대한 순서도이다. 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 노이즈 제거 장치(100)는 노이즈가 제거되어 있으면서 도 5의 (b)와 같이 로우 심전도 신호와 거의 동일한 도 5의 (a)와 같은 심전도 신호를 만들고자 한다. 즉, 도 5의 (a)는 최종적으로 만들고자 하는 심전도 신호이고, 도 5의 (b)는 로우 심전도 신호이다. 그리고 도 5의 (c)는 로우 심전도 신호에서 밴드패스 필터링하고 노치 필터를 통해 파워라인을 제거하여 얻은 기본 심전도 신호이다.FIG. 2 is a flowchart of a noise removing method of an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a noise removing device (100) according to an embodiment of the present invention attempts to create an electrocardiogram signal, such as FIG. 5 (a), which is almost identical to a raw electrocardiogram signal, such as FIG. 5 (b), while having noise removed. That is, FIG. 5 (a) is an electrocardiogram signal to be finally created, and FIG. 5 (b) is a raw electrocardiogram signal. In addition, FIG. 5 (c) is a basic electrocardiogram signal obtained by bandpass filtering a raw electrocardiogram signal and removing a power line through a notch filter.
노이즈 제거 장치(100)는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 기본 심전도 신호를 수신한다(S201). 노이즈 제거 장치(100)는 사용자의 선택에 따라 로우 심전도 신호를 수신하거나, 밴드패스 및 노치 필터를 통해 기본 심전도 신호를 수신할 수 있다.The noise removal device (100) receives a basic electrocardiogram signal as shown in (c) of Fig. 5 (S201). The noise removal device (100) can receive a raw electrocardiogram signal or a basic electrocardiogram signal through a bandpass and notch filter, depending on the user's selection.
노이즈 제거 장치(100)는 수신한 기본 심전도 신호를 이산 웨이블릿 변환을 통해 제1 레벨에서부터 설정된 n 레벨까지 분할하여 복수개의 주파수 대역으로 분할한다(S202). 복수개의 주파수 대역은 저주파 대역에서부터 고주파 대역까지 해당하는 대역으로, 저주파 대역, 중주파 대역, 고주파 대역을 포함한다.The noise removal device (100) divides the received basic electrocardiogram signal into a plurality of frequency bands by dividing the signal from the first level to the set n levels through discrete wavelet transform (S202). The plurality of frequency bands are bands corresponding to a low frequency band to a high frequency band, and include a low frequency band, a mid frequency band, and a high frequency band.
노이즈 제거 장치(100)는 이산 웨이블릿 변환시 각 분해 레벨별 세부 계수를 파악하고, 각 분해 레벨별 세부 계수의 절대값을 설정된 임계값과 비교하여 임계값보다 작은 세부 계수를 '0'으로 만드는 노이즈 제거 동작을 수행한다(S203).The noise removal device (100) identifies the detailed coefficients for each decomposition level during discrete wavelet transform, compares the absolute value of the detailed coefficients for each decomposition level with a set threshold value, and performs a noise removal operation to make the detailed coefficients smaller than the threshold value '0' (S203).
노이즈 제거 장치(100)는 분해 레벨별 세부 계수 중에서 '0'이 아닌 레벨별 세부 계수와 각 분해 레벨별 근사치 계수를 이용하여 도 6의 (a)와 같은 심전도 신호를 복원한다(S204). 이때 복원된 심전도 신호는 중주파 이상의 대역에 있는 노이즈가 제거된 상태이며, '제1 심전도 신호'라 칭한다.The noise removal device (100) restores the electrocardiogram signal as in (a) of Fig. 6 by using the non-zero level-specific coefficients among the decomposition level-specific coefficients and the approximation coefficients for each decomposition level (S204). At this time, the restored electrocardiogram signal has noise in the band above the middle frequency removed, and is called the 'first electrocardiogram signal'.
노이즈 제거 장치(100)는 제1 심전도 신호에 대하여 2차 Savitzky-Golay 필터를 이용하여 피크 파형의 피크값을 스무딩시켜 도 6의 (b)와 같은 제2 심전도 신호를 생성한다(S205). 여기서, 제1 심전도 신호와 제2 심전도 신호를 비교하면, 제1 심전도 신호의 R 피크값이 2차 Savitzky-Golay 필터에 의한 필터링으로 제2 심전도 신호의 R 피크값으로 낮아졌음을 알 수 있다. 이러한 현상은 도 6의 (c)에 명확하게 보여주고 있는데, 도 6의 (c)의 제2 심전도 신호의 R 피크값은 제1 심전도 신호의 R 피크값과 차이가 난다.The noise removal device (100) smoothes the peak value of the peak waveform of the first ECG signal using a second-order Savitzky-Golay filter to generate a second ECG signal as in (b) of Fig. 6 (S205). Here, when the first ECG signal and the second ECG signal are compared, it can be seen that the R peak value of the first ECG signal is lowered to the R peak value of the second ECG signal by filtering by the second-order Savitzky-Golay filter. This phenomenon is clearly shown in (c) of Fig. 6, and the R peak value of the second ECG signal of (c) of Fig. 6 is different from the R peak value of the first ECG signal.
이러한 R 피크값에 대한 기본 심전도 신호와의 차이를 없애기 위하여, 노이즈 제거 장치(100)는 도 7의 (b)에 도시된 제2 심전도 신호에서 QRS 구간 즉, QRS 군이 위치한 시간 구간을 파악하고, 도 7의 (a)에 도시된 기본 심전도 신호에서 상기에서 파악한 QRS 구간(즉, 시간 구간)에 위치한 QRS 구간 파형을 추출한 후 추출한 QRS 구간 파형을 제1 심전도 신호의 해당 QRS 구간의 파형과 교체하여 도 7의 (c)와 같이 제3 심전도 신호를 생성한다(S206).In order to eliminate the difference from the basic electrocardiogram signal for the R peak value, the noise removal device (100) determines the time interval in which the QRS segment, i.e., the QRS group, is located in the second electrocardiogram signal illustrated in (b) of FIG. 7, extracts the QRS segment waveform located in the QRS segment (i.e., the time interval) determined above from the basic electrocardiogram signal illustrated in (a) of FIG. 7, and then replaces the extracted QRS segment waveform with the waveform of the corresponding QRS segment of the first electrocardiogram signal to generate a third electrocardiogram signal as illustrated in (c) of FIG. 7 (S206).
여기서, 도 8의 (a)와 같이, 추출한 QRS 파형을 해당 QRS 구간의 파형과 교체하여 생성한 제3 심전도 신호 중에서 기존 제2 심전도 신호의 QRS 구간 전후의 신호와 교체되어 삽입된 QRS 신호의 연결 부분에는 신호 크기의 연속성이 만족하지 않을 수 있다. 이러한 신호 크기의 연속성을 만족시키기 위하여, 도 8의 (b)와 같이, 제3 심전도 신호의 연결 부분을 스무딩 필터를 적용하여 스무딩해지도록 할 수 있다. 이때, 스무딩 필터의 윈도우는 연결 부분의 불연속성의 정도에 따라 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 연결 부분의 불연속 차이가 큰 경우에는 적용되는 스무딩 필터의 윈도우를 상대적으로 크게 하여 차이가 큰 불연속을 최대한 수정하여 연속성을 강화할 수 있고, 연결 부분의 불연속 차이가 작은 경우에는 적용되는 스무딩 필터의 윈도우를 상대적으로 작게 하여 연속성을 충분히 확보하면서도 스무딩 필터에 의한 신호 왜곡을 최소화할 수 있다.Here, as in (a) of Fig. 8, among the third ECG signals generated by replacing the extracted QRS waveform with the waveform of the corresponding QRS segment, the continuity of the signal size may not be satisfied in the connected portion of the QRS signal that is replaced with the signals before and after the QRS segment of the existing second ECG signal. In order to satisfy the continuity of the signal size, as in (b) of Fig. 8, the connected portion of the third ECG signal may be smoothed by applying a smoothing filter. At this time, the window of the smoothing filter may be set differently depending on the degree of discontinuity of the connected portion. For example, when the discontinuity difference of the connected portion is large, the window of the applied smoothing filter may be relatively large so as to correct the discontinuity with a large difference as much as possible to strengthen the continuity, and when the discontinuity difference of the connected portion is small, the window of the applied smoothing filter may be relatively small so as to sufficiently secure the continuity while minimizing signal distortion caused by the smoothing filter.
그런 다음, 노이즈 제거 장치(100)는 제3 심전도 신호의 P 구간 파형이 필터링에 의해 왜곡이 되었는지를 파악하고, 왜곡이 되었다면 왜곡을 보상하는 동작을 수행한다(S207).Then, the noise removal device (100) determines whether the P section waveform of the third electrocardiogram signal is distorted by filtering, and if so, performs an operation to compensate for the distortion (S207).
구체적으로, 노이즈 제거 장치(100)는 제3 심전도 신호의 P 구간 파형과 기본 심전도 신호의 P 구간 파형을 비교하여 제3 심전도 신호의 P 구간 파형이 왜곡되지 않았다고 판단하면 제3 심전도 신호를 제1 결과 심전도 신호로 하여 그대로 이용하고, 왜곡이 발생하였다고 판단하면 제3 심전도 신호의 P 구간 파형을 2차 Savitzky-Golay 필터의 윈도우 사이즈를 줄여 필터링하여 기본 심전도 신호의 P 구간 파형과 거의 동일하게 만들어 제1 결과 심전도 신호로 사용한다.Specifically, the noise removal device (100) compares the P section waveform of the third ECG signal with the P section waveform of the basic ECG signal, and if it determines that the P section waveform of the third ECG signal is not distorted, it uses the third ECG signal as is as a first result ECG signal, and if it determines that distortion has occurred, it filters the P section waveform of the third ECG signal by reducing the window size of a second-order Savitzky-Golay filter to make it almost identical to the P section waveform of the basic ECG signal and uses it as a first result ECG signal.
제1 결과 심전도 신호는 사용자에게 실시간으로 보여지는 신호이며, 베이스라인이 포함되어 있는 신호이다.The first result ECG signal is the signal that is displayed to the user in real time and is a signal that includes a baseline.
베이스라인은 도 9의 (a)와 같이 로우 심전도 신호에 포함되어 있으며, 도 9의 (b)와 같이 밴드패스필터와 노치필터로 기본 잡음을 제거한 기본 심전도 신호에도 포함되어 있으며, 도 9의 (c)와 같이 이산 웨이블릿 변환을 이용한 임계처리를 통해 노이즈를 제거한 제1 심전도 신호에도 포함되어 있다.The baseline is included in the raw electrocardiogram signal as shown in (a) of Fig. 9, and is also included in the basic electrocardiogram signal from which basic noise has been removed using a bandpass filter and a notch filter as shown in (b) of Fig. 9, and is also included in the first electrocardiogram signal from which noise has been removed using thresholding using discrete wavelet transform as shown in (c) of Fig. 9.
노이즈 제거 장치(100)는 제1 결과 심전도 신호에 포함된 베이스라인을 제거하여 도 5의 (a)와 같은 심전도 신호를 만들기 위하여 베이스라인을 제거하는 과정을 수행한다(S208 내지 S211).The noise removal device (100) removes the baseline included in the first result electrocardiogram signal to create an electrocardiogram signal such as that in Fig. 5 (a) by performing a process of removing the baseline (S208 to S211).
S208 과정 내지 S211 과정을 설명하면, 노이즈 제거 장치(100)는 S202 과정에서 분할한 저주파 대역을 마지막 분해 레벨의 근사치 계수를 이용한 이산 웨이블릿 변환을 통해 도 10의 (a)와 같은 저주파 신호로 복원하고(S208), 복원한 저주파 신호에서 베이스라인을 파악하고(S209), 파악한 베이스라인을 2차 Savitzky-Golay 필터로 도 10의 (b)와 같이 스무딩하고(S210), 제1 결과 심전도 신호에서 스무딩된 베이스라인을 이용하여 제1 결과 심전도 신호에 포함된 베이스라인을 제거하여 도 10의 (c)와 같은 제2 결과 심전도 신호를 만든다(S211).When explaining the S208 process to the S211 process, the noise removal device (100) restores the low-frequency band divided in the S202 process into a low-frequency signal as in (a) of FIG. 10 through a discrete wavelet transform using an approximation coefficient of the last decomposition level (S208), identifies a baseline from the restored low-frequency signal (S209), smoothes the identified baseline using a second-order Savitzky-Golay filter as in (b) of FIG. 10 (S210), and removes the baseline included in the first result ECG signal using the smoothed baseline from the first result ECG signal to create a second result ECG signal as in (c) of FIG. 10 (S211).
그리고, 노이즈 제거 장치(100)는 제2 결과 심전도 신호를 화면상으로 출력하거나 외부로 출력한다(S212). 제 2 결과 심전도는 최종으로 사용자에게 보여지는 신호이며 실시간으로 보여지는 제 1 결과 심전도 신호에서 베이스라인이 최종적으로 제거된 신호이다. And, the noise removal device (100) outputs the second result electrocardiogram signal on the screen or to the outside (S212). The second result electrocardiogram is the signal that is finally shown to the user and is the signal from which the baseline is finally removed from the first result electrocardiogram signal shown in real time.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이산 웨이블릿 변환과 임계처리를 이용한 노이즈 제거 방법에 대한 순서도이다. 도 3을 참고하면, 노이즈 제거 장치(100)는 기본 심전도 신호에서 QRS 신호 즉, QRS 구간 파형의 피크값을 파악하고(S301), 파악한 피크값에 대비하여 설정%를 임계값으로 설정한다(S302). 예컨대 피크값이 '10'이고 설정%가 10%이면, 임계값은 '1'이 된다.FIG. 3 is a flowchart of a noise removal method using discrete wavelet transform and thresholding according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, a noise removal device (100) identifies a peak value of a QRS signal, i.e., a QRS interval waveform, from a basic electrocardiogram signal (S301), and sets a set % as a threshold value in comparison to the identified peak value (S302). For example, if the peak value is '10' and the set % is 10%, the threshold value becomes '1'.
노이즈 제거 장치(100)는 설정 샘플링 시간 동안에 수신되는 기본 심전도 신호에 대하여 이산 웨이블릿 변환을 수행한다. 예컨대, 설정 샘플링 시간이 2초이면 2초 동안에 기본 심전도 신호를 수신하고(S303), 2초 동안에 수신한 기본 심전도 신호에 대하여 설정 웨이블릿 함수를 이용하여 제1 레벨의 분해를 수행하여 저주파 성분과 고주파 성분을 분할한다(S304).The noise removal device (100) performs discrete wavelet transform on the basic electrocardiogram signal received during the set sampling time. For example, if the set sampling time is 2 seconds, the basic electrocardiogram signal is received for 2 seconds (S303), and the first level of decomposition is performed on the basic electrocardiogram signal received for 2 seconds using the set wavelet function to separate low-frequency components and high-frequency components (S304).
노이즈 제거 장치(100)는 제1 레벨의 분해에 사용된 제1 세부 계수를 파악하고(S305), 제1 세부 계수의 절대값과 임계값을 비교한다(S306). 노이즈 제거 장치(100)는 제1 세부 계수의 절대값이 임계값 이상이면 제1 세부 계수를 그대로 두고, 제1 세부 계수의 절대값이 임계값 미만이면 제1 세부 계수를 '0'의 값으로 처리한다(S308).The noise removal device (100) determines the first detailed coefficient used for the decomposition of the first level (S305) and compares the absolute value of the first detailed coefficient with a threshold value (S306). If the absolute value of the first detailed coefficient is greater than or equal to the threshold value, the noise removal device (100) leaves the first detailed coefficient as is, and if the absolute value of the first detailed coefficient is less than the threshold value, the first detailed coefficient is processed as a value of '0' (S308).
노이즈 제거 장치(100)는 설정된 레벨만큼 분해가 이루어지면 분해 종료를 하여(S309), 임계처리를 통한 노이즈 제거를 종료한다(S310).The noise removal device (100) terminates the decomposition when the decomposition reaches the set level (S309) and ends the noise removal through threshold processing (S310).
반면에, 설정된 레벨만큼 분해가 이루어지지 않으면 다음 레벨의 분해를 수행하고 다음 레벨의 세부 계수를 파악한 후(S311), 파악한 다음 레벨의 세부 계수와 임계값을 비교하고(S312). 다음 레벨의 세부 계수의 절대값이 임계값 미만이면 '0'의 값으로 처리하고 임계값 이상이면 다음 분해 동작을 수행하는 과정을 반복한다.On the other hand, if the decomposition is not performed to the set level, the next level of decomposition is performed, the detailed coefficients of the next level are identified (S311), and then the detailed coefficients of the identified next level are compared with the threshold value (S312). If the absolute value of the detailed coefficients of the next level is less than the threshold value, it is processed as a value of '0', and if it is greater than the threshold value, the next decomposition operation is performed, and this process is repeated.
각 레벨별 임계값은 설정시간 즉, 설정 샘플링시간마다 업데이트된다.The threshold for each level is updated at the set time, i.e. every set sampling time.
본 발명의 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 해당 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 서로 다른 실시예에 병합되어 적용될 수 있다.The technical features disclosed in each embodiment of the present invention are not limited to that embodiment, and, unless they are mutually incompatible, the technical features disclosed in each embodiment may be combined and applied to different embodiments.
따라서, 각 실시예에서는 각각의 기술적 특징을 위주로 설명하지만, 각 기술적 특징이 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 서로 병합되어 적용될 수 있다.Therefore, each embodiment will focus on explaining each technical feature, but unless each technical feature is incompatible with each other, it can be applied in combination with each other.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and the attached drawings, and various modifications and variations are possible from the viewpoint of those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the scope of the present invention should be determined not only by the claims of this specification but also by the equivalents of these claims.
100: 노이즈 제거 장치 101: 웨이블릿 변환부
102: 중고주파 잡음제거부 103: 스무딩부
104: QRS구간 결합부 105: QRS 추출부
106: P구간 처리부 107: 베이스라인 처리부
108: 최종신호 생성부 109: 출력부100: Noise removal device 101: Wavelet transform unit
102: High and medium frequency noise removal section 103: Smoothing section
104: QRS segment junction 105: QRS extraction section
106: P section processing unit 107: Baseline processing unit
108: Final signal generation unit 109: Output unit
Claims (8)
상기 기본 심전도 신호를 이산 웨이블릿 변환을 통해 분해 레벨별로 저주파 성분과 고주파 성분으로 분할하는 단계;
상기 분해 레벨별로 세부(detail) 계수를 파악하는 단계;
각 분해 레벨별로 파악한 세부 계수의 절대값을 설정된 임계값과 비교하여 상기 임계값보다 작은 세부 계수를 '0'으로 만드는 단계;
'0'이 아닌 분해 레벨별 세부 계수와 각 분해 레벨별 근사치 계수를 이용하여 노이즈 제거된 제1 심전도 신호로 복원하는 단계;
Savitzky-Golay 필터를 이용하여 상기 제1 심전도 신호를 스무딩시킨 제2 심전도 신호를 생성하는 단계;
상기 제2 심전도 신호에서 QRS 구간을 파악하는 단계;
상기 기본 심전도 신호에서 상기 QRS 구간에 대응하는 QRS 구간 파형을 추출하는 단계;
상기 추출한 QRS 구간 파형을 상기 제2 심전도 신호의 QRS 구간의 파형과 바꾸어 제3 심전도 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제3 심전도 신호의 P 구간 파형과 상기 기본 심전도 신호의 P 구간 파형을 비교하여 상기 제3 심전도 신호의 P 구간 파형에 대한 왜곡을 판단하고 왜곡시에 왜곡을 보정하여 제1 결과 심전도 신호를 생성하는 단계를 포함하는,
심전도 신호의 노이즈 제거 방법.A step of receiving a basic electrocardiogram signal for a user;
A step of dividing the above basic electrocardiogram signal into low frequency components and high frequency components by decomposition level through discrete wavelet transform;
A step of identifying detail coefficients for each of the above decomposition levels;
A step of comparing the absolute value of the detailed coefficient identified for each decomposition level with a set threshold value and making the detailed coefficient smaller than the threshold value '0';
A step of restoring a first electrocardiogram signal with noise removed by using the decomposition level-specific detailed coefficients that are not '0' and the approximation coefficients for each decomposition level;
A step of generating a second electrocardiogram signal by smoothing the first electrocardiogram signal using a Savitzky-Golay filter;
A step of identifying the QRS segment from the second electrocardiogram signal;
A step of extracting a QRS segment waveform corresponding to the QRS segment from the above basic electrocardiogram signal;
A step of generating a third electrocardiogram signal by exchanging the extracted QRS segment waveform with the QRS segment waveform of the second electrocardiogram signal; and
A step of comparing the P section waveform of the third electrocardiogram signal with the P section waveform of the basic electrocardiogram signal to determine distortion of the P section waveform of the third electrocardiogram signal and correcting the distortion when distortion is detected to generate a first result electrocardiogram signal,
A method for removing noise from electrocardiogram signals.
상기 웨이블릿 변환을 통해 얻은 저주파 대역의 근사치 계수를 이산 웨이블릿 변환을 통해 저주파 신호로 복원하는 단계;
상기 저주파 신호에서 베이스 라인을 파악하는 단계; 및
상기 제1 결과 심전도 신호에서 상기 베이스 라인을 제거하여 제2 결과 심전도 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는,
심전도 신호의 노이즈 제거 방법.In the first paragraph,
A step of restoring the approximation coefficients of the low-frequency band obtained through the above wavelet transform into a low-frequency signal through discrete wavelet transform;
a step of identifying a baseline from the above low frequency signal; and
further comprising the step of generating a second result electrocardiogram signal by removing the baseline from the first result electrocardiogram signal.
A method for removing noise from electrocardiogram signals.
상기 제1 결과 심전도 신호를 생성하는 단계는
상기 제3 심전도 신호의 P 구간 파형과 상기 기본 심전도 신호의 P 구간 파형 간 교차 회수가 설정 횟수보다 작으면서 값의 차이가 설정값보다 크면, 왜곡이라고 판단하고, 상기 제3 심전도 신호의 P 구간 파형을 2차 Savitzky-Golay 필터의 윈도우 사이즈를 설정치만큼 줄여 필터링하여 상기 기본 심전도 신호의 P 구간의 파형에 근사한 파형을 만드는,
심전도 신호의 노이즈 제거 방법.In the first paragraph,
The step of generating the first result electrocardiogram signal is
If the number of crossings between the P section waveform of the third electrocardiogram signal and the P section waveform of the basic electrocardiogram signal is less than the set number and the difference in values is greater than the set value, it is determined that there is distortion, and the P section waveform of the third electrocardiogram signal is filtered by reducing the window size of the second-order Savitzky-Golay filter by the set value to create a waveform approximating the P section waveform of the basic electrocardiogram signal.
A method for removing noise from electrocardiogram signals.
상기 임계값은 설정 프로그램을 통해 산출되거나, 측정 환경을 고려하여 측정 전, 작업자에 의해 임의로 설정되는,
심전도 신호의 노이즈 제거 방법.In the first paragraph,
The above threshold value is calculated through a setting program or is arbitrarily set by the operator before measurement considering the measurement environment.
A method for removing noise from electrocardiogram signals.
상기 저주파 신호에서 파악한 베이스 라인의 파형은 Savitzky-Golay 필터로 스무딩된 것인,
심전도 신호의 노이즈 제거 방법.In the second paragraph,
The waveform of the baseline identified from the above low-frequency signal is smoothed by the Savitzky-Golay filter.
A method for removing noise from electrocardiogram signals.
상기 제3 심전도 신호를 생성하는 단계는,
상기 제2 심전도 신호의 QRS 구간에 상기 추출한 QRS 구간 파형을 삽입하는 단계; 및
상기 제2 심전도 신호의 QRS 구간 전후의 신호와 상기 삽입된 QRS 구간 파형의 연결 부분을 스무딩하는 단계를 포함하는
심전도 신호의 노이즈 제거 방법.In the first paragraph,
The step of generating the third electrocardiogram signal is:
A step of inserting the extracted QRS segment waveform into the QRS segment of the second electrocardiogram signal; and
A step of smoothing the connection portion of the signal before and after the QRS segment of the second electrocardiogram signal and the inserted QRS segment waveform.
A method for removing noise from electrocardiogram signals.
상기 연결 부분을 스무딩하는 단계는,
상기 연결 부분의 차이를 식별하는 단계;
상기 차이의 크기에 따라 스무딩 프로세스의 스무딩 정도를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 스무딩 정도를 적용하여 상기 연결 부분에 상기 스무딩 프로세스를 적용하는 단계를 포함하는
심전도 신호의 노이즈 제거 방법.In Article 6,
The step of smoothing the above connection part is,
A step of identifying the difference in the above connecting portion;
A step of determining the smoothing degree of the smoothing process according to the size of the above difference; and
A step of applying the smoothing process to the connection portion by applying the above-determined smoothing degree.
A method for removing noise from electrocardiogram signals.
상기 기본 심전도 신호는 상기 사용자에 대해 측정한 측정 심전도 신호에서 밴드패스필터와 노치필터로 기본 잡음을 제거한 신호인
심전도 신호의 노이즈 제거 방법.In the first paragraph,
The above basic electrocardiogram signal is a signal from which the basic noise is removed using a bandpass filter and a notch filter from the measured electrocardiogram signal for the user.
A method for removing noise from electrocardiogram signals.
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