• Journal of Information Processing Systems
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• 제18권1호
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• pp.97-114
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• 2022

Interest is increasing in electrocardiogram (ECG) signal analysis for embedded devices, creating the need to develop an algorithm suitable for a low-power, low-memory embedded device. Linear approximation of the ECG signal facilitates the detection of fiducial points by expressing the signal as a small number of vertices. However, dynamic programming, a global optimization method used for linear approximation, has the disadvantage of high complexity using memoization. In this paper, the calculation area and memory usage are improved using a linear approximated template. The proposed algorithm reduces the calculation area required for dynamic programming through local optimization around the vertices of the template. In addition, it minimizes the storage space required by expressing the time information using the error from the vertices of the template, which is more compact than the time difference between vertices. When the length of the signal is L, the number of vertices is N, and the margin tolerance is M, the spatial complexity improves from O(NL) to O(NM). In our experiment, the linear approximation processing time was 12.45 times faster, from 18.18 ms to 1.46 ms on average, for each beat. The quality distribution of the percentage root mean square difference confirms that the proposed algorithm is a stable approximation.

• International Journal of Contents
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• 제18권2호
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• pp.68-80
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• 2022

The health of the human heart is commonly measured using ECG (Electrocardiography) signals. To identify any anomaly in the human heart, the time-sequence of ECG signals is examined manually by a cardiologist or cardiac electrophysiologist. Lightweight anomaly detection on ECG signals in an embedded system is expected to be popular in the near future, because of the increasing number of heart disease symptoms. Some previous research uses deep learning networks such as LSTM and BiLSTM to detect anomaly signals without any handcrafted feature. Unfortunately, lightweight LSTMs show low precision and heavy LSTMs require heavy computing powers and volumes of labeled dataset for symptom classification. This paper proposes an ECG anomaly detection system based on two level BiLSTM for acceptable precision with lightweight networks, which is lightweight and usable at home. Also, this paper presents a new threshold technique which considers statistics of the current ECG pattern. This paper's proposed model with BiLSTM detects ECG signal anomaly in 0.467 ~ 1.0 F₁ score, compared to 0.426 ~ 0.978 F₁ score of the similar model with LSTM except one highly noisy dataset.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제5권7호
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• pp.1287-1294
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• 2001

심전도는 파형의 크기가 수 ㎷정도로 아주 작은 생체신호로서, 계측할 때 발생되는 잡음으로 인하여 해석하는데 어려움을 준다[1]. 깨끗한 파형을 얻기 위해서는 심전도 신호에 포함되어 있는 전원 잡음, 기저선 변동, 근 잡음을 제거해야 된다. 심전계에서 심전도 신호를 기록하는데 있어서 가장 큰 문제를 야기하는 부분이 기저선 변동인데 전극을 부착한 부위의 근육수축과 호흡의 리듬에 따라서 발생하게 된다. 그러한 기저선은 상하로 심하게 불규칙한 변동을 하면서 흔들리게 되어 심전도 신호를 진단하는데 어려움이 있으므로 기저선 변동을 제거하는 부분이 매우 중요하다. 본 연구에서는 실시간으로 신호처리 할 수 있는 디지털 필터를 구현함으로써 기저선 변동을 제거하는 시스템을 설계하여 환자의 심장질환을 분석하는데 응용할 수 있도록 하였다.

• 센서학회지
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• 제23권1호
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• pp.7-14
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• 2014

Noncontact electrocardiogram (ECG) measurement using capacitive-coupled technique is a very reliable long-term noninvasive health-care remote monitoring system. It can be used continuously without interrupting the daily activities of the user and is one of the most promising developments in health-care technology. However, ECG signal is a very small electric signal. A robust system is needed to separate the clean ECG signal from noise in the measurement environment. Noise may come from many sources around the system, for example, bad contact between the sensor and body, common-mode electrical noise, movement artifacts, and triboelectric effect. Thus, in this paper, the extended Kalman filter (EKF) is applied to denoise a real-time ECG signal in capacitive-coupled sensors. The ECG signal becomes highly stable and noise-free by combining the common analog signal processing and the digital EKF in the processing step. Furthermore, to achieve ubiquitous monitoring, android-based application is developed to process the heart rate in a realtime ECG measurement.

• 전자공학회논문지D
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• 제35D권7호
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• pp.40-47
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• 1998

This paper presents the physiological signal processing CMOS one chip for transmitting human bodys small electrical signals such as electrocardiogram(EKG) or electromyogram(EMG) and the external system for receiving signals was implemented by the commercial ICs. For simultaneous four-subject four-channel telemetry, a new enfored synchronization techniqeu using infrared bi-directional communication has been proposed. The telemeter IC with the size of 5.1*5.1mm$^{2}$ has the following functions: receiving of command signal, initialization of internal state of all functional blocks, decoding of subject-selection signal, time multiplexing of 4-channel modulated physiological signals, transmitting of telemetry signal to external system and auto power down control. The newly designed synchronized oscillator with low supply voltage dependence in the telemeter IC operates at a supply voltage from 4.6~6.0V and the nonlinearity error of PIM modulator was less than 1.2%F.S(full scale). The power saving block operates at the period of 2.5ms even if the telemetry IC does not receive command signal from external system for a constant time.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제3권1호
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• pp.27-32
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• 2002

본 논문에서 제안한 텔레미트리 시스템은 생체신호를 중거리로 전송하기 위한 RF 송신기와 전자파 간섭의 영향이 없는 광을 매체로한 수신기이다. 텔레미트리 시스템은 of 65$\times$125$\times$45mm크기이며, RF 송신부, 광 수신부와 생체신호 처리를 위한 CMOS 칩으로 구성되어 있다. 제안된 텔레메트리 장점은 전자파에 노출을 최소화하면서 중거리(50m) 텔레메트리가 가능하여, 자유로운 상태에서의 모니터링이 가능하다. 관측 시스템은 실시간 처리를 위해 dual-processor구조로 설계했다. 본 연구에서는 1 채널 360Hz, 16 Bits의 심전도 데이터를 1.42초 간격으로 실시간 웨이브렛 변환할 수 있었다.

• 센서학회지
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• 제19권1호
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• pp.8-16
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• 2010

This research proposes measuring of BCG(ballistocardiogram) to monitor heart activities in a non-constrained environment, at home or work. Unlike with ECG, measuring BCG does not require the attachment of leads on the subject's body and allows signal measuring in a non-constrained state. It enables effective long-term monitoring of cardiac conditions. In this study a chair type BCG measurement system to continuous monitor the activity of the heart is implemented. The instrument consists of upper petal and ready for press of chair load cell sensor is attached to measure the change of the object's weight. In order to extract the output ballistic signal from the weight and force sensor signals. Beside the signal processing circuit for the digital conversion, the ballistic signal is detected using DAQ equipment. Signal processing algorithm including wavelet transforms for noise cancellation, template matching for normalization and peak detection in BCG is developed. ECG and BCG were concurrently measured to evaluate the performance of the system, and comparing the characteristics of the two signals verified the possibility of the system in non-constrained and nonconscious health monitoring.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2008년도 춘계종합학술대회 A
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• pp.989-993
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• 2008

본 연구에서는 생체신호 중 비침습적으로 측정이 가능하고 많은 건강정보를 포함하고 있는 ECG(electrocardiogram)신호를 일상생활 중 보다 편리하게 모니터링 할 수 있는 시스템을 구현하고자 하였다. 이를 위하여 벨트형 ECG전극 시스템을 개발하였으며, 배터리로 구동 가능한 초소형 저전력 ECG측정시스템을 구현하였다. 또한 측정된 ECG신호의 무선전송을 위하여 Zigbee호환 무선센서노드를 이용하여 초저전력 무선데이터 통신부를 구성하였고 PC상에서 ECG신호를 모니터링하기 위한 프로그램을 구현하였다. 그리고 ECG측정 시 움직임에 따라 발생하는 동잡음의 제거를 위하여 이동평균필터(moving average filter)를 이용하여 기저선 변화를 추출하였고 이를 적응필터의 참조신호로 사용하여 동잡음을 제거하였다. 실험 결과 본 연구에 의해 구현된 ECG전극 및 계측시스템을 통해 활동상태 에서도 ECG계측 가능성을 확인하였으며, 제안한 적응신호처리기법을 통해 활동 중 ECG측정에서 동잡음의 최소화가 가능함을 확인하였다.

• 융합신호처리학회 학술대회논문집
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• 한국신호처리시스템학회 2006년도 하계 학술대회 논문집
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• pp.113-116
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• 2006

최근 무선센서네트워크 기술을 이용한 다양한 시도가 이루어지고 있으며 특히 헬스케어분에서 활발히 연구되어지고 있다. 본 연구에서는 무선센서노드를 이용하여 계측된 생체신호를 바탕으로 환자의 상태 및 진단을 위한 기초자료를 활용하기 위한 시스템을 구현하였다. 생체신호로 ECG(electrocardiogram)와 체온 파라미터를 사용하였으며 ECG신호의 QRS특성점을 축출하기 위해 Pan&Tomkins에 개발된 알고리즘을 사용하였다. 또한 효율적인 모니터링을 위해 비정상적인 ECG신호에 대한 알림기능을 구현하였으며 이러한 감시기능은 상시 모니터링을 하지 않고도 환자의 상태를 알 수 있게 하였다. 본 연구에서 구현된 이러한 시스템기술은 국내의 고령화 문제로 발생되는 의료비용을 크게 감소시킬 수 있을 것으로 예상된다.

• 융합신호처리학회 학술대회논문집
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• 한국신호처리시스템학회 2000년도 하계종합학술대회논문집
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• pp.289-292
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• 2000

선형 자귀회귀(AR) 모델을 근거로한 HRV 파워 스펙트럼해석은 비침습적으로 자율신경의 반응을 정량화하는데 폭넓게 사용된다. 본 연구는 단구간(2분 미만)의 심전도와 맥파 신호로부터 시계열 HRV의 파워스펙트럼을 추정한다. 시계열은 정상인을 대상으로 검출한 심전도와 맥파신호의 특징점 시간간격(RRI, PPI)으로부터 구하였다. 발생된 시계열은 다항식 보간법에 의해 AR모델에 적합하게 재구성하였으며, AR모델 계수는 Burg법에 의해 계산하였다. AR모델을 적용한 단구간의 심전도와 맥파의 심박변동에 대한 파워스펙트럼밀도는 저주파수(LF)와 고주파수(HF)에서 매끄러운 스펙트럼 파워를 나타내고 있다. 또한 동일한 피험자의 심전도와 맥파의 파워스펙트럼밀도를 비교한 결과 동일한 모양을 나타내었다.