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Patient Adaptive Pattern Matching Method for Premature Ventricular Contraction(PVC) Classification

조기심실수축(PVC) 분류를 위한 환자 적응형 패턴 매칭 기법

  • 조익성 (부산대학교 IT응용공학과) ;
  • 권혁숭 (부산대학교 IT응용공학과)
  • Received : 2012.04.17
  • Accepted : 2012.05.10
  • Published : 2012.09.30

Abstract

Premature ventricular contraction(PVC) is the most common disease among arrhythmia and it may cause serious situations such as ventricular fibrillation and ventricular tachycardia. Particularly, in the healthcare system that must continuously monitor patient's situation, it is necessary to process ECG (Electrocardiography) signal in realtime. In other words, the design of algorithm that exactly detects R wave using minimal computation and classifies PVC by analyzing the persons's physical condition and/or environment is needed. Thus, the patient adaptive pattern matching algorithm for the classification of PVC is presented in this paper. For this purpose, we detected R wave through the preprocessing method, adaptive threshold and window. Also, we applied pattern matching method to classify each patient's normal cardiac behavior through the Hash function. The performance of R wave detection and abnormal beat classification is evaluated by using MIT-BIH arrhythmia database. The achieved scores indicate the average of 99.33% in R wave detection and the rate of 0.32% in abnormal beat classification error.

조기심실수축(PVC)은 가장 보편적인 부정맥으로 심실세동, 심실빈맥 등과 같은 위험한 상황을 유발할 수 있는 가능성을 가지고 있기 때문에 이의 조기 검출은 매우 중요하다. 특히 일반인들의 건강상태를 지속적으로 모니터링 해야 하는 헬스케어 시스템에서는 이를 위한 심전도 신호의 실시간 처리가 필요하다. 즉, 최소한의 연산량으로 정확한 R파를 검출하고, 대상 환자의 특징을 파악하여 PVC를 분류할 수 있는 적합한 알고리즘의 설계가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 PVC 실시간 분류를 위한 환자 적응형 패턴 매칭 기법을 제안한다. 이를 위해 전 처리 과정과 적응 가변형 문턱 값과 윈도우를 통해 R파를 검출하였으며, 검출 대상에 따른 정상신호 군을 선별하고 이를 벗어나는 신호를 이상신호로 분류하기 위해 해쉬 함수를 통한 패턴 매칭 기법을 적용하였다. 제안한 알고리즘의 R파 검출 및 정상신호 분류 성능을 평가하기 위해서 MIT-BIH 부정맥 데이터베이스를 사용하였다. 성능평가 결과, R파는 평균 99.33%, 이상신호 분류에 대한 에러율은 0.32%로 나타났다.

Keywords

References

  1. S. Sangwatanaroj, S. Prechawat, B. Sunsaneewitayakul, S. Sitthisook, P. Tosukhowong, and K. Tungsanga, "New electrocardiographic leads and the procainamide test for the detection of the Brugada sign in sudden unexplained death syndrome survivors and their relatives," Eur. Heart J., vol. 22, no. 24, pp. 2290-2296, 2001. https://doi.org/10.1053/euhj.2001.2691
  2. S. F.Wung and B. Drew, "Comparison of 18-lead ECG and selected body surface potential mapping leads in determining maximally deviated ST lead and efficacy in detecting acute myocardial ischemia during coronary occlusion," J. Electrocardiol., vol. 32, pp. 30-37, 1999. https://doi.org/10.1016/S0022-0736(99)90032-8
  3. Beuchee A, Pladys P, Senhadji L, Betremieux P, Carre F. "Beat-to-beat blood pressure variability and patent ductus arteriosus in ventilated, premature infants", Pflugers Arch, 446:154-160. 2003. https://doi.org/10.1007/s00424-002-0961-3
  4. Awdah Al-Hazimi, Nabil Al-Ama, Ahmad Syiamic, Reem Qosti, and Khidir Abdel-Galil, "Time domain analysis of heart rate variability in diabetic patients with and without autonomic neuropathy," Annals of Saudi Medicine, 22 (5-6), pp. 400-402. 2002. https://doi.org/10.5144/0256-4947.2002.400
  5. 김진권, 이상준, 이명호, "Dedicated Wavelet 기반 대상적응형 심박분류 알고리즘," 대한전기학회, ICS 2010 정보 및 제어 심포지엄 논문집, pp. 67-68, 2010.04
  6. Mallat S.: A theory for multiresolution signal decomposition: the wavelet representation. IEEE Pattern Anal. and Machine Intel., vol. 11, no. 7, pp. 674-693, 1989. https://doi.org/10.1109/34.192463
  7. Donoho D., Johnstone I.: Adapting to unknown smoothness via wavelet shrinkage. J. ASA, vol. 90, pp. 1200.1223. 1995.
  8. Donoho D. L.: De-Noising by soft-thresholding. IEEE Trans. on Inf. Theory, vol.41, 3, pp. 613-627.1995. https://doi.org/10.1109/18.382009
  9. 조익성, 권혁숭, "PVC 분류를 위한 적응형 문턱치와 윈도우 기반의 R파 검출 알고리즘," 한국통신학회 논문지 제 34권 11호, pp. 1289-1295. 2009. 11.
  10. 김병구 외 3인, "하드웨어 기반의 고성능 침입탐지 기술," 전자통신동향분석 제 22권 제 1호 2007. 02.
  11. Faezipour. M. Saeed. A, Nourani. M, "Automated ECG profiling and beat classification," Acoustics Speech and Signal Processing (ICASSP), 2010 IEEE International Conference on, pp. 2198 - 2201, 2010.
  12. J. Pan andW. J. Tompkins, "A real-time QRS detection algorithm," IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. BME-32, no. 3, pp. 230-236, Mar. 1985. https://doi.org/10.1109/TBME.1985.325532

Cited by

  1. Efficient QRS Detection and PVC(Premature Ventricular Contraction) Classification based on Profiling Method vol.17, pp.3, 2013, https://doi.org/10.6109/jkiice.2013.17.3.705