[논문 리뷰] Wavelet Based QRS Complex Detection of ECG Signal

Sayantan Mukhopadhyay, Shouvik Biswas외 2명|arXiv (Cornell University)|2012. 09. 07.

ECG Monitoring and Analysis인용 수 30

한 줄 요약

이 논문은 다우브체스 웨이브렛 부분대를 사용한 다중 해상도 웨이브렛 변환 기반 방법을 제안하여 심전도 신호에서 P, Q, R, S 및 T파의 정확한 검출을 수행한다. 이 방법은 PQRST 피크 및 R-R, P-P, Q-Q, S-S, T-T 간격 측정에서 100%의 정확도를 달성하여 임계치 설정 및 신호 조합 기법을 통해 심장 이상을 정밀하게 식별할 수 있다.

ABSTRACT

The Electrocardiogram (ECG) is a sensitive diagnostic tool that is used to detect various cardiovascular diseases by measuring and recording the electrical activity of the heart in exquisite detail. A wide range of heart condition is determined by thorough examination of the features of the ECG report. Automatic extraction of time plane features is important for identification of vital cardiac diseases. This paper presents a multi-resolution wavelet transform based system for detection 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T' peaks complex from original ECG signal. 'R-R' time lapse is an important minutia of the ECG signal that corresponds to the heartbeat of the concerned person. Abrupt increase in height of the 'R' wave or changes in the measurement of the 'R-R' denote various anomalies of human heart. Similarly 'P-P', 'Q-Q', 'S-S', 'T-T' also corresponds to different anomalies of heart and their peak amplitude also envisages other cardiac diseases. In this proposed method the 'PQRST' peaks are marked and stored over the entire signal and the time interval between two consecutive 'R' peaks and other peaks interval are measured to detect anomalies in behavior of heart, if any. The peaks are achieved by the composition of Daubeheissub bands wavelet of original ECG signal. The accuracy of the 'PQRST' complex detection and interval measurement is achieved up to 100% with high exactitude by processing and thresholding the original ECG signal.

연구 동기 및 목표

• 임상 진단을 위한 심전도 신호에서 P, Q, R, S 및 T파 피크의 자동 정밀 검출을 가능하게 하기 위해.
• 심장 이상의 주요 지표로 작용하는 심박 간격(예: R-R, P-P, Q-Q, S-S, T-T)을 측정하기 위해.
• 신뢰할 수 있는 심전도 특징 추출을 위한 강력한 다중 해상도 웨이브렛 기반 시스템을 개발하기 위해.
• 다우브체스 웨이브렛 부분대를 활용하여 심전도 형태 특징의 고정밀 검출을 달성하기 위해.
• 심전도 신호 특징의 자동 분석을 통해 심혈관 질환의 조기 진단을 지원하기 위해.

제안 방법

• 심전도 신호를 다우브체스 웨이브렛을 사용한 다중 해상도 웨이브렛 변환으로 부분대 분해한다.
• 웨이브렛 부분대 내 에너지 분포 및 진폭 특성 분석을 통해 피크 검출을 수행한다.
• 분해된 부분대에 임계치 설정 기법을 적용하여 P, Q, R, S 및 T파 피크를 고립하고 표시한다.
• 검출된 피크 위치에서 R-R 간격 및 기타 피크 간격을 계산하여 심장 리듬을 평가한다.
• 다우브체스 부분대에서의 신호 조합을 통해 검출된 PQRST 복합파를 재구성하고 정밀화한다.
• 원본 심전도 신호를 처리하여 고정밀도와 일관성을 확보한 시간 평면 특징을 추출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 웨이브렛 기반 방법이 심전도 신호에서 P, Q, R, S 및 T파 피크 검출에 대해 100% 정확도를 달성할 수 있는가?
• RQ2 다중 해상도 웨이브렛 분석은 R-R, P-P, Q-Q, S-S 및 T-T와 같은 심박 간격을 얼마나 효과적으로 검출하고 측정할 수 있는가?
• RQ3 다우브체스 웨이브렛 부분대 분해는 심전도 특징 추출 정확도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ4 노이즈가 있는 심전도 신호에서 웨이브렛 계수의 임계치 설정이 심장 파형 형태를 신뢰성 있게 구분할 수 있는가?
• RQ5 제안된 방법은 정밀한 간격 측정을 통해 심장 이상의 강력한 검출을 지원하는가?

주요 결과

• 제안된 방법은 심전도 신호에서 PQRST 파 피크 검출에 대해 100% 정확도를 달성한다.
• R-R 간격 및 기타 피크 간격(P-P, Q-Q, S-S, T-T)은 높은 정밀도와 일관성으로 측정된다.
• 다우브체스 웨이브렛 부분대는 심전도 신호의 형태적 특징을 효과적으로 포착하여 정확한 피크 위치 결정에 기여한다.
• 웨이브렛 변환된 신호에 대한 임계치 설정은 심장 파형 검출 정확도를 크게 향상시킨다.
• 시스템은 전체 심전도 신호에서 모든 PQRST 피크를 성공적으로 식별하고 저장하여 후속 분석을 위한 기초를 마련한다.
• 이 방법은 심전도의 시간 영역 특징 정밀 측정을 통해 심장 이상의 신뢰성 있는 검출을 가능하게 한다.