ECG 전처리 기술

ECG 전처리 기술

 

오늘날 심전도 신호의 분석과 그 해석을 위해 신호 처리는 중요한 역할을 한다. 심전도 신호 처리는 사회에 최대 정확도로 필터링된 결과와 심전도 신호의 시각적 평가에서 쉽게 추출되지 않는 정보를 제공하는 중요한 목표를 가지고 있다. 심전도 신호는 사람의 신체 표면에 전극을 배치함으로써 얻어진다. 이는 심전도 신호에 대한 노이즈의 오염으로 이어진다. 이러한 소음은 기저선 변동 (baseline wander), 전력선 간섭 (power-line interference), 근전도 (EMG) 소음, 전극 모션 아티팩트 등이다. 이러한 잡음은 심전도 신호 처리 중에 장애물로 작용하므로 이러한 잡음의 제거 및 거부를 위해서는 심전도 신호의 전처리가 중요한 작업이다. 따라서, 1차적으로 필터링 기술은 모든 신호의 전처리에 사용되며 심전도 신호에도 유사하게 사용된다. 실제 정보가 왜곡되지 않도록 심전도 신호에 대한 유일한 주의를 기울여야 한다.

 

ECG Signal

 

심전도학의 어원은 그리스어에서 유래했다. "Electro"는 전기 활동을 의미하고, "cardio"는 심장과 관련이 있는 반면 "graphs"라는 단어는 문자 그대로 쓰는 것이다. 따라서, 심장의 활동을 모니터링하는 것을 심장의 전기적 활동을 보여주는 심전도라고 한다. 심전도는 심전도를 출력하는 심전계라고 불리는 기계를 사용한다. 의료 요구 사항에 따라 일부 단서는 다양하다. 8개의 리드, 10개의 리드 또는 12개의 리드가 있을 수 있다. 계측 증폭기는 심전도의 핵심적이고 중요한 구성 요소이다. 그림은 전극의 배치를 나타낸다. 상기 "전극"과 "리드"는 구별될 수 있다. 심전도 과정에서 인체와 전기회로를 완성하기 위해 인체와 접촉하는 전도성 패드를 전극이라고 한다. 좀 더 광범위하고 추상적인 반면, 납은 벡터의 측정을 위한 근원이다. 의료 환경에서 리드를 전극이라고 부르기도 한다. 의료 환경에서 12-리드 EKG의 12개의 리드는 배치된 리드의 위치에 따라 V1, V2, V3, V4, V5, V6, RA, LA, RL 및 LL로 명명된다.

 

Precordial electrode's placement

 

계측 증폭기는 인체 피부에 배치된 두 전극 사이의 전압 차이를 측정하고 결과 신호를 증폭하는 데 사용된다. 

 

심전도 신호는 연속 신호이다. P파형, QRS복합파형, T파형의 세 가지 파형으로 구성된다. P파, QRS 복합파, T파 등 세 가지 파형 모두 의미가 있다. QRS 탐지 및 PQRS 복합체는 기본을 찾는 데 도움이 된다.

 

심전도 신호의 파형 정의. 점선은 P파, QRS 복합체 및 T파의 시작과 끝을 나타낸다.

 

위 그림은 심전도 신호의 파동 정의를 의미한다. 여기서 점선은 P파, QRS 복합체 및 T파의 시작과 끝을 나타낸다. 이러한 심장 주기의 물결은 이상적이라고 할 수 있다.

 

Description of ECG waves

 

표는 심전도 신호에 설명된 각 파동에 대한 자세한 설명이다. 설명은 개념의 이론적 분석에 따라 제공된다. 의사들에 따르면, 병리학적 설명과 분석은 심장의 특정한 오작동과 부적절한 기능의 원인을 설명하는 데 다양하다.

 

심전도 신호 분석을 통해 진단할 수 있는 적절한 목록을 만들 수 있다. 따라서, 환자를 검사하고 그에 따라 치료할 수 있다. 주요 원인을 설명하는 목록은 다음과 같이 주요 그룹으로 분류할 수 있다.

 

속도 교란 (Rate disturbances) 전해질 교란 및 중독 (Electrolytes disturbances & intoxication) 허혈 및 경색 (Ischemia and infarction) 구조 아티팩트

 

ECG 신호 전처리

 

모든 전자 장치에서 소음 내성은 주요 특성 및 자산이다. 신호 처리가 수행될 때마다 입력 신호는 실제 처리 장치 아래로 이동할 준비가 전혀 되지 않는다. 실제 공정을 진행하기 전에 몇 가지 공정 단계를 수행해야 한다. 그것은 "사전 처리"로 알려져 있다. 요건에 따라 하나 또는 다수의 전처리 단위 셀이 있을 수 있다. 전처리 때문에 신호는 연마되고 실제 처리를 위해 준비된다. 불필요한 노이즈의 제거는 전처리 장치 중 하나이다.

 

전력선 간섭 (Power-line interference)

 

전력선은 심전도 신호의 일반적인 노이즈 소스라고 하는 전자기장을 발생시킨다. 이것들은 많은 고조파를 동반하는 50-60Hz의 정현파 간섭으로 특징지어진다. 협대역 신호는 심전도 신호의 분석 및 해석을 어렵게 한다. 전력선 간섭의 영향을 줄이기 위해 다양한 조치를 취할 수 있다. 신호 기록 중에 발생하는 전력선 간섭을 줄이기 위해 접지 및 차폐 효과가 있는 기록 위치를 지정할 수 있다. 대역 정지 필터링과 같은 고급 기술의 사용, 간단한 선형 필터링은 간섭을 처리하는 데 사용되며 QRS 복합체로 인해 발생하는 일시적인 매니페스트를 억제하는 데 도움이 된다. 

 

필터의 출력은 QRS 복합체의 영향 정도에 따라 달라진다. 따라서, 그것은 전력선 간섭을 걸러내기 위한 주요 매개 변수로 간주된다. 필터의 선형, 비선형 구조가 선호된다. 필터 성능 평가는 왜곡을 정밀하게 정량화할 수 있고 필터가 입력 신호에 원치 않는 왜곡을 추가하지 않았다는 확신을 가지고 결론을 내릴 수 있도록 시뮬레이션 신호를 사용하여 수행되어야 한다.

 

기저선 변동 (Baseline Wander)

 

심장 기원이 없는 박동 형태 변화를 최소화하기 위해서는 기준선 방황의 제거가 필수적이다. 그것은 "저주파수"로 불릴 때 필수적이다. 기준선 드리프트의 제거는 선형, 시간 불변 및 하이패스 필터를 설계하여 수행할 수 있다. 필터 설계 시 고려해야 할 중요한 매개변수는 차단 주파수 및 위상 응답 특성 선택이다. 

 

차단 주파수는 임상 및 의료 정보가 변경되지 않고 왜곡되지 않은 상태로 유지되어야 하며 그에 따라 기준 방황의 상당 부분이 제거되어야 하기 때문에 현명하게 선택해야 한다. 따라서, ECG의 최저 주파수 성분을 찾는 것은 달성해야 할 중요한 과제이다. 고려 중인 두 번째 중요한 매개 변수는 위상 응답이다. 선형 필터링 구조는 위상 왜곡을 방지하고 지속 시간, 시작점 및 끝점 등과 같은 다양한 파동 특성의 손실을 방지하므로 매우 바람직하다. 

 

따라서, FIR 필터 설계가 바람직하다. 임펄스 응답이 대칭 또는 비대칭인 필터 구조는 필요한 올바른 위상 응답을 제공할 수 있다.

 

https://www.academia.edu/26010652/Preprocessing_Techniques_of_Electrocardiogram

Preprocessing Techniques of Electrocardiogram