Abstract
We propose a new algorithm to extract the fetal electrocardiogram (FECG) from a multi-channel electrocardiogram (ECG) recorded at the chest and abdomen of a pregnant woman. To extract the FECG from the composite abdominal ECG, the classical time-domain method based on singular value decomposition (SVD) has been generally used. However, this method has some disadvantages, such as its high degree of computational complexity and the necessary assumption that vectors between the FECG and the maternal electrocardiogram (MECG) should be orthogonal. The proposed algorithm, which uses SVD in a discrete cosine transform (DCT) domain, compensates for these disadvantages. To perform SVD with lower computational complexity, DCT coefficients corresponding to high-frequency components were eliminated on the basis of the properties of the DCT coefficients and the frequency characteristics of the FECG. Moreover, to extract the pure FECG with little influence of the direction of the vectors between the FECG and MECG, three new channels were made out of the MECG suppressed in the composite abdominal ECG, and the new channels were appended to the original multi-channel ECG. The performance of the proposed algorithm and the classical time-domain method based on SVD were compared using simulated and real data. It was experimentally verified that the proposed algorithm can extract the pure FECG with reduced computational complexity.
산모의 흉부와 복부로부터 측정된 다채널 심전도에서 태아 심전도를 추출하는 새로운 알고리듬을 제안한다. 산모의 복부 심전도로부터 태아 심전도를 추출하기 위하여, 시간 영역에서 특이값 분해를 근간으로한 방법이 일반적으로 사용되었다. 그러나 이 방법은 산모와 태아의 심전도 벡터 방향이 서로 직교해야 하는 가정과 많은 연산량을 요구하는 단점이 있다. 제안한 알고리듬은 이산연현변환 영역에서 특이값 분해를 이용하여 이러한 단점을 극복한다. 적은 연산량으로 특이값 분해를 하기 위하여 이산여현변환 계수의 특성과 태아 심전도의 주파수 특성에 기초하여 고주파 수 성분에 해당하는 이산여현변환 계수를 제거하였다. 또한 산모와 태아의 심전도 벡터 방향에 의한 영향을 덜 받으면서 순수한 태아 심전도를 추출하기 위하여, 산모 복부 심전도에서 산모 심전도가 억압된 새로운 세 개의 채널을 만들고 이들을 다채널 심전도에 추가하였다. 모의 신호와 실제 신호를 이용하여 기존의 시간 영역에서 특이값 분해를 근간으로한 방법과 제안한 알고리듬의 성능을 비교하였다. 제안한 알고리듬은 기존 방법보다 적은 연산량으로 순수한 태아 심전도를 얻을 수 있음을 실험적으로 확인되었다.
