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KR20230169577A - Severity detection system of heart failure using single-lead electrocardiogram and method of detecting severity of heart failure using single-lead electrocardiogram - Google Patents

Severity detection system of heart failure using single-lead electrocardiogram and method of detecting severity of heart failure using single-lead electrocardiogram Download PDF

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KR20230169577A
KR20230169577A KR1020220069888A KR20220069888A KR20230169577A KR 20230169577 A KR20230169577 A KR 20230169577A KR 1020220069888 A KR1020220069888 A KR 1020220069888A KR 20220069888 A KR20220069888 A KR 20220069888A KR 20230169577 A KR20230169577 A KR 20230169577A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heart failure
ejection fraction
cardiac ejection
failure severity
severity
Prior art date
Application number
KR1020220069888A
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Korean (ko)
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KR102670568B1 (en
Inventor
박영준
에르덴바야르
Original Assignee
연세대학교 원주산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 원주산학협력단 filed Critical 연세대학교 원주산학협력단
Priority to KR1020220069888A priority Critical patent/KR102670568B1/en
Publication of KR20230169577A publication Critical patent/KR20230169577A/en
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Abstract

심부전 중증도 예측 시스템은 단일 심전도 신호를 입력받고, 상기 단일 심전도 신호를 기초로 입력 데이터를 생성하는 심전도 신호 입력부, 심전도 데이터 세트를 기초로 상기 단일 심전도 신호에 상응하는 심장 박출률을 사전학습하고, 상기 입력 데이터의 공간적 특성 및 시간적 특성에 기초하여 상기 심장 박출률을 산출하는 심장 박출률 학습 모델, 및 상기 심장 박출률에 기초하여 심부전 중증도를 정상(Normal), 경증(Mild), 중증(Moderate), 및 위증(severe) 중 적어도 하나로 결정하는 심부전 중증도 판단부를 포함할 수 있다.The heart failure severity prediction system includes an ECG signal input unit that receives a single ECG signal and generates input data based on the single ECG signal, and pre-learns the cardiac ejection fraction corresponding to the single ECG signal based on the ECG data set. A cardiac ejection fraction learning model that calculates the cardiac ejection fraction based on the spatial and temporal characteristics of input data, and heart failure severity based on the cardiac ejection fraction into Normal, Mild, Moderate, and a heart failure severity determination unit that determines at least one of severe cases.

Description

단일 심전도 기반의 심부전 중증도 예측 시스템 및 단일 심전도 기반의 심부전 중증도 예측 방법{SEVERITY DETECTION SYSTEM OF HEART FAILURE USING SINGLE-LEAD ELECTROCARDIOGRAM AND METHOD OF DETECTING SEVERITY OF HEART FAILURE USING SINGLE-LEAD ELECTROCARDIOGRAM}Heart failure severity prediction system based on a single electrocardiogram and a method for predicting the severity of heart failure based on a single electrocardiogram

본 발명은 심부전 중증도 예측 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 딥러닝 모델 학습을 통해 단일 심전도 신호로부터 심부전 중증도를 정상(Normal), 경증(Mild), 중증(Moderate), 및 위증(Severe) 중 하나로 예측하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heart failure severity prediction system, and more specifically, to classify heart failure severity into one of Normal, Mild, Moderate, and Severe from a single electrocardiogram signal through deep learning model learning. It relates to forecasting systems and methods.

심부전(Heart Failure)은 심장에 가중된 활동으로 심장 기능이 저하되어 정상적으로 가동하지 못하는 상태를 말한다. 심부전은 심장 박출률(Ejection Fraction) 기준으로 좌심실 박출률 감소 심부전(HFrEF), 박출률 경계 심부전(HFmrEF), 박출률 보전 심부전(HFpEF)으로 구분될 수 있다. 세계적으로 고령화 사회에 접어들면서 심부전은 매년 발생률이 증가하고 있다. 심부전에 의해 심장 기능이 한번 떨어지게 되면 완치가 어려우므로, 심부전을 조기 발견하여 적절하게 관리하는 것이 중요하다.Heart failure refers to a condition in which heart function deteriorates due to excessive activity on the heart, preventing it from operating normally. Based on the ejection fraction, heart failure can be classified into heart failure with reduced left ventricular ejection fraction (HFrEF), heart failure with borderline ejection fraction (HFmrEF), and heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF). As the world becomes an aging society, the incidence of heart failure is increasing every year. Once heart function declines due to heart failure, complete cure is difficult, so it is important to detect heart failure early and manage it appropriately.

심부전 진단 임상에서는 유럽심장학회에서 권고한 H2FPEF 와 HFA-PEFF 알고리즘 기반으로 심부전을 진단한다.In heart failure diagnosis clinical trials, heart failure is diagnosed based on the H2FPEF and HFA-PEFF algorithms recommended by the European Society of Cardiology.

먼저, H2FPEF 알고리즘은 나이, 체질량 지수, 심방세동, 고혈압 등 기본 4개의 인자와 2개의 심초음파 항목을 활용하여 심부전을 평가한다. 그리고, HFA-PEFF점수는 기능성, 형태학적 및 자연 이뇨 펩타이드 등 세 가지 영역 내에서 평가한다. 그러나 이런 방법들은 성별/인종에 따른 오차, 알고리즘 점수와 실제 결과 차이가 있어서, 많은 연구를 통해 새로운 방법이 소개되고 있다.First, the H2FPEF algorithm evaluates heart failure using four basic factors, including age, body mass index, atrial fibrillation, and hypertension, and two echocardiography items. Additionally, the HFA-PEFF score is evaluated within three areas: functional, morphological, and natural diuretic peptides. However, these methods have errors based on gender/race and differences between algorithm scores and actual results, so new methods are being introduced through many studies.

최근에는 심장 박출률을 검출을 위한 기계학습 기반 연구들이 많이 이루어지고 있다. 예를 들어, 이러한 연구들은 임상정보 기반 연구, 심초음파 기반 연구, 심전도 기반 연구로 분류될 수 있다.Recently, many machine learning-based studies have been conducted to detect cardiac ejection fraction. For example, these studies can be classified into clinical information-based studies, echocardiography-based studies, and electrocardiogram-based studies.

기존의 임상정보 기반 심부전 진단 연구에서는 환자 기본정보, 증상, 생체정보, 과거력, 임상검사 등 데이터를 다섯까지 기계학습 알고리즘에 적용하여 학습 및 평가를 진행하였다. 그러나 기존의 임상정보 기반 심부전 진단 연구는 심부전 중증도에 대해서 검출하지는 않았다. 특히, 현재까지 단일 심전도 신호만으로 심부전 중증도를 검출하는 연구는 소개되지 않았다.In the existing clinical information-based heart failure diagnosis research, up to five data, including patient basic information, symptoms, biometric information, history, and clinical examination, were applied to a machine learning algorithm for learning and evaluation. However, existing clinical information-based heart failure diagnosis studies did not detect heart failure severity. In particular, to date, no study has been introduced to detect the severity of heart failure using only a single electrocardiogram signal.

한국등록특허 제 10-2322234호 "딥러닝을 이용한 심전도 시각화 방법 및 장치"Korean Patent No. 10-2322234 “Electrocardiogram visualization method and device using deep learning”

본 발명의 일 목적은 딥러닝 모델 학습을 통해 단일 심전도 신호에만 기초하여 높은 정확도로 심부전 중증도를 예측하는 심부전 중증도 예측 시스템을 제공하는 것이다.One purpose of the present invention is to provide a heart failure severity prediction system that predicts heart failure severity with high accuracy based only on a single electrocardiogram signal through deep learning model learning.

본 발명의 다른 목적은 심부전 중증도를 정상(Normal), 경증(Mild), 중증(Moderate), 및 위증(Severe) 중 하나로 예측하여 빠른 진단 결과를 제공하는 심부전 중증도 예측 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a heart failure severity prediction system that provides quick diagnosis results by predicting the severity of heart failure as one of Normal, Mild, Moderate, and Severe.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, and may be expanded in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 심부전 중증도 예측 시스템은 단일 심전도 신호를 입력받고, 상기 단일 심전도 신호를 기초로 입력 데이터를 생성하는 심전도 신호 입력부, 심전도 데이터 세트를 기초로 상기 단일 심전도 신호에 상응하는 심장 박출률을 사전학습하고, 상기 입력 데이터의 공간적 특성 및 시간적 특성에 기초하여 상기 심장 박출률을 산출하는 심장 박출률 학습 모델, 및 상기 심장 박출률에 기초하여 심부전 중증도를 정상(Normal), 경증(Mild), 중증(Moderate), 및 위증(Severe) 중 적어도 하나로 결정하는 심부전 중증도 판단부를 포함할 수 있다.In order to achieve an object of the present invention, the heart failure severity prediction system according to embodiments of the present invention includes an ECG signal input unit that receives a single ECG signal and generates input data based on the single ECG signal, and an ECG data set. A cardiac ejection fraction learning model that pre-learns the cardiac ejection fraction corresponding to the single electrocardiogram signal as a basis and calculates the cardiac ejection fraction based on the spatial and temporal characteristics of the input data, and based on the cardiac ejection fraction It may include a heart failure severity determination unit that determines the heart failure severity to at least one of Normal, Mild, Severe, and Severe.

일 실시예에서, 상기 심장 박출률 학습 모델은 상기 단일 심전도 신호의 상기 공간적 특성을 추출하는 CNN 모델 및 상기 단일 심전도 신호의 상기 시간적 특성을 추출하는 RNN 모델을 순차적으로 사용할 수 있다.In one embodiment, the ejection fraction learning model may sequentially use a CNN model for extracting the spatial characteristics of the single ECG signal and an RNN model for extracting the temporal characteristics of the single ECG signal.

일 실시예에서, 상기 심장 박출률 학습 모델에 포함된 상기 CNN 모델은 상기 단일 심전도 신호로부터 QRS파(QRS Complex)의 형태학적(Morphological) 특징을 학습하는 1-D CNN 모델일 수 있다.In one embodiment, the CNN model included in the cardiac ejection fraction learning model may be a 1-D CNN model that learns morphological characteristics of a QRS complex from the single ECG signal.

일 실시예에서, 상기 심장 박출률 학습 모델에 포함된 상기 RNN 모델은 시간의 경과에 따른 상기 단일 심전도 신호의 변화를 학습하는 GRU(Gated Recurrent Unit) 모델일 수 있다.In one embodiment, the RNN model included in the cardiac ejection fraction learning model may be a GRU (Gated Recurrent Unit) model that learns changes in the single ECG signal over time.

일 실시예에서, 상기 단일 심전도 신호는 심전도 측정 장치를 이용하여 측정되고, 별도의 데이터 가공 및 데이터 변환이 수행되지 않은 1차 파라미터일 수 있다.In one embodiment, the single electrocardiogram signal is measured using an electrocardiogram measuring device and may be a primary parameter for which no separate data processing or data conversion is performed.

일 실시예에서, 상기 심부전 중증도 판단부는 상기 심부전 중증도를, 상기 심장 박출률이 30% 내지 35%인 경우 정상, 상기 심장 박출률이 35% 내지 40%인 경우 경증, 상기 심장 박출률이 40% 내지 50%인 경우 중증, 상기 심장 박출률이 50%보다 큰 경우 위증으로 결정할 수 있다.In one embodiment, the heart failure severity determination unit determines the severity of heart failure: normal when the ejection fraction is 30% to 35%, mild when the ejection fraction is 35% to 40%, and severe when the ejection fraction is 40%. If the ejection fraction is between 50% and 50%, it can be determined as severe, and if the ejection fraction is greater than 50%, it can be determined as perjury.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 심부전 중증도 예측 방법은 단일 심전도 신호를 입력받는 단계, 심전도 데이터 세트를 기초로 상기 단일 심전도 신호에 상응하는 심장 박출률을 사전학습하는 단계, 상기 단일 심전도 신호를 기초로 입력 데이터를 생성하는 단계, 상기 입력 데이터의 공간적 특성 및 시간적 특성에 기초하여 상기 심장 박출률을 산출하는 단계, 및 상기 심장 박출률에 기초하여 심부전 중증도를 정상(Normal), 경증(Mild), 중증(Moderate), 및 위증(Severe) 중 적어도 하나로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve another object of the present invention, the method for predicting the severity of heart failure according to embodiments of the present invention includes receiving a single electrocardiogram signal, and pre-learning the ejection fraction corresponding to the single electrocardiogram signal based on the electrocardiogram data set. generating input data based on the single electrocardiogram signal, calculating the cardiac ejection fraction based on spatial and temporal characteristics of the input data, and determining the severity of heart failure based on the ejection fraction. It may include determining at least one of (Normal), Mild (Mild), Severe (Moderate), and Perjury (Severe).

일 실시예에서, 상기 심장 박출률을 산출하는 단계는 상기 단일 심전도 신호의 상기 공간적 특성을 추출하는 CNN 모델 및 상기 단일 심전도 신호의 상기 시간적 특성을 추출하는 RNN 모델을 순차적으로 사용하여 상기 심장 박출률을 산출할 수 있다.In one embodiment, the step of calculating the cardiac ejection fraction is performed by sequentially using a CNN model for extracting the spatial characteristics of the single ECG signal and an RNN model for extracting the temporal characteristics of the single ECG signal. can be calculated.

본 발명의 실시예들에 따른 심부전 중증도 예측 시스템 및 심부전 중증도 예측 방법에 의하면, 딥러닝 모델 학습을 통해 단일 심전도 신호에만 기초하여 높은 정확도로 심부전 중증도를 예측할 수 있다.According to the heart failure severity prediction system and heart failure severity prediction method according to embodiments of the present invention, heart failure severity can be predicted with high accuracy based only on a single electrocardiogram signal through deep learning model learning.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 심부전 중증도 예측 시스템 및 심부전 중증도 예측 방법에 의하면, 심부전 중증도를 정상(Normal), 경증(Mild), 중증(Moderate), 및 위증(Severe) 중 하나로 예측하여 빠른 진단 결과를 제공할 수 있다.In addition, according to the heart failure severity prediction system and heart failure severity prediction method according to embodiments of the present invention, the heart failure severity is predicted to be one of Normal, Mild, Moderate, and Severe and quickly Diagnosis results can be provided.

다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the effects described above, and may be expanded in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 심부전 중증도 예측 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 심부전 중증도 예측 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 심부전 중증도 예측 시스템의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 4는 심전도 신호 입력부에 입력되는 단일 심전도 신호 및 심전도 데이터 세트의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 5는 심장 박출률 학습 모델의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 6은 심장 박출률 학습 모델의 CNN 모델을 나타내는 도면이다.
도 7은 심장 박출률 학습 모델의 RNN 모델을 나타내는 도면이다.
도 8은 심부전 중증도 예측 시스템의 성능평가지표 및 예측 결과를 나타내는 도면이다.
1 is a conceptual diagram showing a heart failure severity prediction system according to embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the heart failure severity prediction system of FIG. 1.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the heart failure severity prediction system of FIG. 1.
Figure 4 is a diagram showing an example of a single ECG signal and ECG data set input to the ECG signal input unit.
Figure 5 is a diagram showing an example of a cardiac ejection fraction learning model.
Figure 6 is a diagram showing the CNN model of the cardiac ejection fraction learning model.
Figure 7 is a diagram showing the RNN model of the cardiac ejection fraction learning model.
Figure 8 is a diagram showing performance evaluation indicators and prediction results of a heart failure severity prediction system.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed in this specification are merely illustrative for the purpose of explaining the embodiments according to the concept of the present invention. They may be implemented in various forms and are not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, the embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in this specification. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosed forms, and includes changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들면 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used solely for the purpose of distinguishing one component from another, for example, a first component may be named a second component, and similar Thus, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들면 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Expressions that describe the relationship between components, such as “between”, “immediately between” or “directly adjacent to”, should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate the presence of a described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, and one or more other features or numbers, It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. No.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these examples. The same reference numerals in each drawing indicate the same members.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 심부전 중증도 예측 시스템(10)을 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a heart failure severity prediction system 10 according to embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 딥러닝 모델 학습을 통해 단일 심전도 신호에만 기초하여 심부전 중증도를 정상(Normal), 경증(Mild), 중증(Moderate), 및 위증(Severe) 중 하나로 예측할 수 있다.Referring to FIG. 1, the heart failure severity prediction system 10 of the present invention predicts heart failure severity based on only a single electrocardiogram signal through deep learning model learning into Normal, Mild, Moderate, and False ( Severe) can be predicted as one of the following.

즉, 본 발명의 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 심부전 중증도를 정상, 경증, 중증, 및 위증 중 하나로 예측하여 빠른 진단 결과를 제공할 수 있다.That is, the heart failure severity prediction system 10 of the present invention can provide quick diagnosis results by predicting heart failure severity as one of normal, mild, severe, and false.

도 2는 도 1의 심부전 중증도 예측 시스템(10)의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 3은 도 1의 심부전 중증도 예측 시스템(10)의 동작을 나타내는 순서도이다.FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the heart failure severity prediction system 10 of FIG. 1 , and FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the heart failure severity prediction system 10 of FIG. 1 .

도 2를 참조하면, 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 심전도 신호 입력부(100), 심장 박출률 학습 모델(200), 및 심부전 중증도 판단부(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the heart failure severity prediction system 10 may include an electrocardiogram signal input unit 100, a cardiac ejection fraction learning model 200, and a heart failure severity determination unit 300.

예를 들어, 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 단일 심전도 신호를 입력받고, 상기 단일 심전도 신호를 기초로 입력 데이터를 생성하는 심전도 신호 입력부(100)를 포함할 수 있다.For example, the heart failure severity prediction system 10 may include an ECG signal input unit 100 that receives a single ECG signal and generates input data based on the single ECG signal.

예를 들어, 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 심전도 데이터 세트를 기초로 상기 단일 심전도 신호에 상응하는 심장 박출률을 사전학습하고, 상기 입력 데이터의 공간적 특성 및 시간적 특성에 기초하여 상기 심장 박출률을 산출하는 심장 박출률 학습 모델(200)을 포함할 수 있다.For example, the heart failure severity prediction system 10 pre-learns the cardiac ejection fraction corresponding to the single electrocardiogram signal based on an electrocardiogram data set, and calculates the ejection fraction based on the spatial and temporal characteristics of the input data. It may include a learning model 200 for calculating cardiac ejection fraction.

상기 심장 박출률 학습 모델(200)은 상기 단일 심전도 신호의 상기 공간적 특성을 추출하는 CNN 모델 및 상기 단일 심전도 신호의 상기 시간적 특성을 추출하는 RNN 모델을 순차적으로 사용할 수 있다.The ejection fraction learning model 200 may sequentially use a CNN model for extracting the spatial characteristics of the single ECG signal and an RNN model for extracting the temporal characteristics of the single ECG signal.

예를 들어, 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 상기 심장 박출률에 기초하여 심부전 중증도를 정상(Normal), 경증(Mild), 중증(Moderate), 및 위증(Severe) 중 적어도 하나로 결정하는 심부전 중증도 판단부(300)를 포함할 수 있다.For example, the heart failure severity prediction system 10 determines the heart failure severity to be at least one of Normal, Mild, Moderate, and Severe based on the cardiac ejection fraction. It may include unit 300.

도 3에서 보듯이, 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 단일 심전도 신호를 입력(S100)받고, 심전도 데이터 세트를 기초로 단일 심전도 신호에 상응하는 심장 박출률을 사전학습(S200)하며, 단일 심전도 신호를 기초로 입력 데이터를 생성(S300)하고, 입력 데이터의 공간적 특성 및 시간적 특성에 기초하여 심장 박출률을 산출(S400)하며, 심장 박출률에 기초하여 심부전 중증도를 정상, 경증, 중증, 및 위증 중 적어도 하나로 결정(S500)할 수 있다.As shown in FIG. 3, the heart failure severity prediction system 10 receives a single electrocardiogram signal as input (S100), pre-learns the cardiac ejection fraction corresponding to the single electrocardiogram signal based on the electrocardiogram data set (S200), and calculates the single electrocardiogram signal. Generate input data based on (S300), calculate the ejection fraction (S400) based on the spatial and temporal characteristics of the input data, and classify the severity of heart failure as normal, mild, severe, and false based on the ejection fraction. You can decide (S500) on at least one of the following.

일 실시예에서, 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 단일 심전도 신호를 입력(S100)받고, 심전도 데이터 세트를 기초로 단일 심전도 신호에 상응하는 심장 박출률을 사전학습(S200)하며, 단일 심전도 신호를 기초로 입력 데이터를 생성(S300)할 수 있다.In one embodiment, the heart failure severity prediction system 10 receives a single electrocardiogram signal (S100), pre-learns the cardiac ejection fraction corresponding to the single electrocardiogram signal based on the electrocardiogram data set (S200), and prepares the single electrocardiogram signal. Based on this, input data can be generated (S300).

도 4는 심전도 신호 입력부(100)에 입력되는 단일 심전도 신호 및 심전도 데이터 세트의 일 예시를 나타내는 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a single ECG signal and ECG data set input to the ECG signal input unit 100.

도 4(a)에서 보듯이, 심전도 신호 입력부(100)은 심전도 측정 장치를 이용하여 측정된 단일 심전도 신호를 입력받을 수 있다.As shown in FIG. 4(a), the ECG signal input unit 100 can receive a single ECG signal measured using an ECG measurement device.

예를 들어, 심전도 신호 입력부(100)는 단일 심전도 신호를 입력받고, 상기 단일 심전도 신호를 기초로 입력 데이터를 생성할 수 있다.For example, the ECG signal input unit 100 may receive a single ECG signal and generate input data based on the single ECG signal.

상기 단일 심전도 신호는 이미지 변환 등의 별도의 데이터 가공 및 데이터 변환이 수행되지 않은 1차 파라미터일 수 있다.The single ECG signal may be a primary parameter for which no separate data processing or data conversion, such as image conversion, has been performed.

예를 들어, 상기 단일 심전도 신호는 12유도 표준 심전도(12-lead ECG)로 구성될 수 있다.For example, the single electrocardiogram signal may consist of a 12-lead standard electrocardiogram (12-lead ECG).

심부전 중증도 예측 시스템(10)은 심전도 데이터 세트를 기초로 단일 심전도 신호에 상응하는 심장 박출률을 사전학습 할 수 있다.The heart failure severity prediction system 10 can pre-learn the cardiac ejection fraction corresponding to a single electrocardiogram signal based on the electrocardiogram data set.

도 4(b)에서 보듯이, 심전도 데이터 세트는 임의의 환자(예컨대, 4800명)의 단일 심전도 신호 및 상기 환자의 단일 심전도 신호에 상응하는 심부전 중증도(Mild, Moderate, Severe)가 맵핑된 데이터를 포함할 수 있다.As shown in Figure 4(b), the ECG data set includes a single ECG signal from a random patient (e.g., 4800 people) and data in which heart failure severity (Mild, Moderate, Severe) corresponding to the single ECG signal of the patient is mapped. It can be included.

예를 들어, 심전도 데이터 세트는 학습용 데이터 세트(Train set) 및 시험용 데이터 세트(Test set)를 포함할 수 있다.For example, the ECG data set may include a training data set (Train set) and a test data set (Test set).

구체적으로, 심장 박출률 학습 모델(200)은 심전도 데이터 세트의 단일 심전도 신호 별 심장 박출률을 학습할 수 있다. 또한, 심장 박출률 학습 모델(200)은 심전도 데이터 세트의 단일 심전도 신호 별 심부전 중증도를 학습할 수 있다.Specifically, the cardiac ejection fraction learning model 200 can learn the cardiac ejection fraction for each single ECG signal of the ECG data set. Additionally, the cardiac ejection fraction learning model 200 can learn the severity of heart failure for each single ECG signal in the ECG data set.

일 실시예에서, 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 입력 데이터의 공간적 특성 및 시간적 특성에 기초하여 심장 박출률을 산출(S400)할 수 있다.In one embodiment, the heart failure severity prediction system 10 may calculate the cardiac ejection fraction based on the spatial and temporal characteristics of the input data (S400).

도 5는 심장 박출률 학습 모델(200)의 일 예시를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the cardiac ejection fraction learning model 200.

심장 박출률 학습 모델(200)은 단일 심전도 신호로부터 심장 박출률을 산출하기 위해 복수의 학습 레이어(layer)들을 포함할 수 있다.The cardiac ejection fraction learning model 200 may include a plurality of learning layers to calculate the cardiac ejection fraction from a single electrocardiogram signal.

예를 들어, 심장 박출률 학습 모델(200)은 입력 데이터를 정규화하기 위한 Batch-Norm을 포함할 수 있다.For example, the cardiac ejection fraction learning model 200 may include Batch-Norm to normalize input data.

또한, 심장 박출률 학습 모델(200)은 1차원 컨볼루션 방법으로 입력 데이터를 학습하고, 활성 함수로 ReLU 함수를 사용하는 다층 구조의 학습 모델을 포함할 수 있다.Additionally, the cardiac ejection fraction learning model 200 may include a learning model with a multi-layer structure that learns input data using a one-dimensional convolution method and uses the ReLU function as an activation function.

또한, 심장 박출률 학습 모델(200)은 다층 분류를 수행하기 위하여 완전 연결층(fully-connected layer) 및 Softmax 함수를 활용할 수 있다.Additionally, the cardiac ejection fraction learning model 200 may utilize a fully-connected layer and a Softmax function to perform multi-layer classification.

도 6은 심장 박출률 학습 모델(200)의 CNN 모델을 나타내는 도면이다.Figure 6 is a diagram showing a CNN model of the cardiac ejection fraction learning model 200.

상기 심장 박출률 학습 모델(200)은 상기 단일 심전도 신호의 상기 공간적 특성을 추출하는 CNN 모델을 사용할 수 있다.The cardiac ejection fraction learning model 200 may use a CNN model that extracts the spatial characteristics of the single ECG signal.

상기 심장 박출률 학습 모델(200)에 포함된 상기 CNN 모델은 상기 단일 심전도 신호로부터 QRS파(QRS Complex)의 형태학적(Morphological) 특징을 학습하는 1-D CNN 모델(200(a))일 수 있다.The CNN model included in the cardiac ejection fraction learning model 200 may be a 1-D CNN model (200(a)) that learns morphological characteristics of the QRS complex (QRS complex) from the single electrocardiogram signal. there is.

도 6에서 보듯이, CNN 모델은 입력부, 특징 추출부, 데이터 분류부, 및 출력부를 포함할 수 있다.As shown in Figure 6, the CNN model may include an input unit, a feature extraction unit, a data classification unit, and an output unit.

CNN 모델의 상기 입력부는 입력 데이터를 입력받을 수 있다. CNN 모델의 상기 입력부는 상기 단일 심전도 신호에 대해 Batch Normalization을 수행하여 입력 데이터를 정규화할 수 있다.The input unit of the CNN model may receive input data. The input unit of the CNN model may normalize input data by performing batch normalization on the single ECG signal.

CNN 모델의 특징 추출부는 컨볼루션 레이어(Convolution layer), ReLU 활성화, 풀링 레이어(Pooling layer)를 통해 상기 입력 데이터의 특징을 추출할 수 있다.The feature extraction unit of the CNN model can extract features of the input data through a convolution layer, ReLU activation, and pooling layer.

상기 컨볼루션 레이어(Convolution layer)는 1-D 컨볼루션 레이어일 수 있다.The convolution layer may be a 1-D convolution layer.

또한, CNN 모델의 특징 추출부는 데이터 최적화를 위한 드롭아웃(Dropout)을 사용할 수 있다.Additionally, the feature extraction unit of the CNN model can use dropout for data optimization.

예를 들어, CNN 모델의 특징 추출부는 3개의 층으로 구성될 수 있다.For example, the feature extraction unit of a CNN model may be composed of three layers.

CNN 모델의 데이터 분류부는 다층 분류를 수행하기 위하여 완전 연결층(fully-connected layer) 및 Softmax 함수를 활용할 수 있다.The data classification unit of the CNN model can utilize a fully-connected layer and the Softmax function to perform multi-layer classification.

CNN 모델의 상기 출력부는 상기 특징 추출부 및 상기 데이터 분류부에서 학습된 데이터를 기초로 입력 데이터의 정상(Normal) 및 비정상(Abnormal) 여부를 출력할 수 있다.The output unit of the CNN model may output whether input data is normal or abnormal based on data learned from the feature extraction unit and the data classification unit.

예를 들어, CNN 모델의 상기 출력부는 단일 심전도 신호에 기반하여 심장 박출률 및 상기 심장 박출률의 정상 및 비정상 여부를 출력할 수 있다.For example, the output unit of the CNN model may output cardiac ejection fraction and whether the ejection fraction is normal or abnormal based on a single electrocardiogram signal.

도 7은 심장 박출률 학습 모델(200)의 RNN 모델을 나타내는 도면이다.Figure 7 is a diagram showing the RNN model of the cardiac ejection fraction learning model 200.

상기 심장 박출률 학습 모델(200)은 상기 단일 심전도 신호의 상기 시간적 특성을 추출하는 RNN 모델을 사용할 수 있다.The cardiac ejection fraction learning model 200 may use an RNN model that extracts the temporal characteristics of the single ECG signal.

일 실시예에서, 상기 심장 박출률 학습 모델(200)에 포함된 상기 RNN 모델은 시간의 경과에 따른 상기 단일 심전도 신호의 변화를 학습하는 GRU(Gated Recurrent Unit) 모델일 수 있다.In one embodiment, the RNN model included in the cardiac ejection fraction learning model 200 may be a GRU (Gated Recurrent Unit) model that learns changes in the single ECG signal over time.

도 7에서 보듯이, GRU 모델(200(b))은 간단한 논리 구조에 의해 데이터 연산 처리 속도가 빠른 특징을 가질 수 있다.As shown in FIG. 7, the GRU model 200(b) may be characterized by a fast data operation processing speed due to its simple logical structure.

특히, GRU 모델은 매개 변수가 최소화되어 있으므로, 많은 양의 데이터 연산이 필요한 경우, 최적의 효율을 가질 수 있다.In particular, the GRU model has minimal parameters, so it can have optimal efficiency when large amounts of data operations are required.

이와 같이, 심장 박출률 학습 모델(200)은 CNN 모델 및 RNN 모델을 순차적으로 사용함으로써, 입력 데이터의 공간적 특성 및 시간적 특성을 모두 반영한 심장 박출률을 산출할 수 있다.In this way, the cardiac ejection fraction learning model 200 can calculate the cardiac ejection fraction reflecting both the spatial and temporal characteristics of the input data by sequentially using the CNN model and the RNN model.

일 실시예에서, 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 심장 박출률에 기초하여 심부전 중증도를 정상, 경증, 중증, 및 위증 중 적어도 하나로 결정(S500)할 수 있다.In one embodiment, the heart failure severity prediction system 10 may determine the heart failure severity to be at least one of normal, mild, severe, and false based on the cardiac ejection fraction (S500).

구체적으로, 심부전 중증도 판단부(300)는 심장 박출률의 구간에 따라 상기 심부전 중증도를 결정할 수 있다.Specifically, the heart failure severity determination unit 300 may determine the heart failure severity according to the interval of cardiac ejection fraction.

예를 들어, 상기 심부전 중증도 판단부(300)는 상기 심장 박출률이 30% 내지 35%인 경우(30 < EF≤35) 심부전 중증도를 정상으로 결정할 수 있다.For example, the heart failure severity determination unit 300 may determine the severity of heart failure as normal when the cardiac ejection fraction is 30% to 35% (30 < EF ≤ 35).

예를 들어, 상기 심부전 중증도 판단부(300)는 상기 심장 박출률이 35% 내지 40%인 경우(35 < EF≤40) 심부전 중증도를 경증으로 결정할 수 있다.For example, the heart failure severity determination unit 300 may determine the severity of heart failure as mild when the cardiac ejection fraction is 35% to 40% (35 < EF ≤ 40).

예를 들어, 상기 심부전 중증도 판단부(300)는 상기 심장 박출률이 40% 내지 50%인 경우(40 < EF≤50) 심부전 중증도를 중증으로 결정할 수 있다.For example, the heart failure severity determination unit 300 may determine the severity of heart failure as severe when the cardiac ejection fraction is 40% to 50% (40 < EF ≤ 50).

예를 들어, 상기 심부전 중증도 판단부(300)는 상기 심장 박출률이 50%보다 큰 경우(50 < EF) 심부전 중증도를 위증으로 결정할 수 있다.For example, the heart failure severity determination unit 300 may determine the severity of heart failure as false if the cardiac ejection fraction is greater than 50% (50 < EF).

다만, 상기 심부전 중증도를 결정하는 심장 박출률의 구간은 일 예시에 불과하며, 본 발명의 심부전 중증도의 판단 방법을 한정하는 것은 아니다.However, the section of cardiac ejection fraction that determines the severity of heart failure is only an example and does not limit the method of determining the severity of heart failure of the present invention.

도 8은 심부전 중증도 예측 시스템(10)의 성능평가지표 및 예측 결과를 나타내는 도면이다.Figure 8 is a diagram showing performance evaluation indicators and prediction results of the heart failure severity prediction system 10.

도 8(a)를 참조하면, 심부전 중증도 예측 시스템(10)의 성능평가지표는 정밀도(Precision), 재현율(Recall), 및 F1 점수(F1-score)를 기준으로 측정되었다.Referring to FIG. 8(a), the performance evaluation indicators of the heart failure severity prediction system 10 were measured based on precision, recall, and F1-score.

예를 들어, 심부전 중증도 각각에 대한 정밀도(Precision), 재현율(Recall), 및 F1 점수(F1-score)를 학습용 데이터 세트(Train set) 및 시험용 데이터 세트(Test set)로 구분하여 평가하였다.For example, precision, recall, and F1-score for each heart failure severity were evaluated by dividing them into a training data set (Train set) and a test data set (Test set).

상기 정밀도는 예측 값이 True인 것 중 실제 값이 True인 정도를 나타내는 지표일 수 있다. 상기 재현율은 실제 값이 True 인 것 중 예측 값이 True인 정도를 나타내는 지표일 수 있다. 즉, 정밀도와 재현율은 상충관계(trade-off)를 가질 수 있다.The precision may be an indicator indicating the extent to which the actual value is True among the predicted values being True. The recall rate may be an indicator indicating the extent to which the predicted value is True among the actual values being True. In other words, precision and recall can have a trade-off.

상기 F1 점수는 정밀도와 재현율의 조화평균을 나타낼 수 있다. 즉, F1 점수는 정밀도와 재현율이 적절한 균형을 이루는지 여부를 평가하는 지표일 수 있다.The F1 score may represent the harmonic mean of precision and recall. In other words, the F1 score can be an indicator to evaluate whether precision and recall are appropriately balanced.

도 8(a)에서 보듯이, 학습용 데이터 세트(Train set)에 대한 F1 점수는 경증에 대해서 0.84, 중증에 대해서 0.83, 및 위증에 대해서 0.89를 나타내는 것을 알 수 있다.As shown in Figure 8(a), the F1 score for the training data set (Train set) is 0.84 for mild, 0.83 for severe, and 0.89 for perjury.

또한, 시험용 데이터 세트(Test set)에 대한 F1 점수는 경증에 대해서 0.65, 중증에 대해서 0.76, 및 위증에 대해서 0.78를 나타내는 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the F1 score for the test data set is 0.65 for mild cases, 0.76 for severe cases, and 0.78 for perjury.

즉, 본 발명의 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 단일 심전도 신호로부터 높은 정확도의 심부전 중증도 예측 결과를 출력하는 것을 확인할 수 있다.That is, it can be confirmed that the heart failure severity prediction system 10 of the present invention outputs a heart failure severity prediction result with high accuracy from a single electrocardiogram signal.

도 8(b)를 참조하면, 복수의 실험 데이터(A, B, C, D)로부터 얻어진 ROC curve 및 AUC를 확인할 수 있다.Referring to Figure 8(b), the ROC curve and AUC obtained from a plurality of experimental data (A, B, C, D) can be confirmed.

실험 데이터(A, B, C, D)에서 ROC curve of cloass 0은 경증(Mild)의 경우, ROC curve of cloass 1은 중증(Moderate)의 경우, 및 ROC curve of cloass 2는 위증(Severe)의 경우를 나타낼 수 있다.In the experimental data (A, B, C, D), ROC curve of cloass 0 is for Mild, ROC curve of cloass 1 is for Moderate, and ROC curve of cloass 2 is for Severe. It can indicate a case.

각각의 실험 데이터(A, B, C, D)를 비교하면, 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 단일 심전도 신호에 대해서 안정적으로 일정한 ROC curve 및 AUC를 출력하는 것을 확인할 수 있다.Comparing each experimental data (A, B, C, D), it can be confirmed that the heart failure severity prediction system 10 stably outputs a constant ROC curve and AUC for a single ECG signal.

예를 들어, 도 8(b)의 D에서 보듯이, 심부전 중증도 예측 시스템(10)은 경증(Mild)에 대한 AUC 값이 74%, 중증(Moderate)에 대한 AUC 값이 53%, 위증(Severe)에 대한 AUC 값이 72%를 나타냄을 알 수 있다.For example, as shown in D of FIG. 8(b), the heart failure severity prediction system 10 has an AUC value of 74% for Mild, an AUC value of 53% for Moderate, and Severe. ) It can be seen that the AUC value for ) is 72%.

이와 같이, 본 발명의 심부전 중증도 예측 시스템 및 심부전 중증도 예측 방법에 의하면, 딥러닝 모델 학습을 통해 단일 심전도 신호에만 기초하여 높은 정확도로 심부전 중증도를 예측할 수 있다.As such, according to the heart failure severity prediction system and heart failure severity prediction method of the present invention, heart failure severity can be predicted with high accuracy based on only a single electrocardiogram signal through deep learning model learning.

또한, 본 발명의 심부전 중증도 예측 시스템 및 심부전 중증도 예측 방법에 의하면, 심부전 중증도를 정상(Normal), 경증(Mild), 중증(Moderate), 및 위증(Severe) 중 하나로 예측하여 빠른 진단 결과를 제공할 수 있다.In addition, according to the heart failure severity prediction system and heart failure severity prediction method of the present invention, heart failure severity can be predicted as one of Normal, Mild, Moderate, and Severe to provide quick diagnostic results. You can.

다만, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.However, since this has been described above, redundant description thereof will be omitted.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, devices and components described in embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general-purpose or special-purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. A processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications that run on the operating system. Additionally, a processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For ease of understanding, a single processing device may be described as being used; however, those skilled in the art will understand that a processing device includes multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, a processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

10: 심부전 중증도 예측 시스템
100: 심전도 신호 입력부
200: 심장 박출률 학습 모델
300: 심부전 중증도 판단부
10: Heart failure severity prediction system
100: ECG signal input unit
200: Cardiac ejection fraction learning model
300: Heart failure severity judgment unit

Claims (8)

단일 심전도 신호를 입력받고, 상기 단일 심전도 신호를 기초로 입력 데이터를 생성하는 심전도 신호 입력부;
심전도 데이터 세트를 기초로 상기 단일 심전도 신호에 상응하는 심장 박출률을 사전학습하고, 상기 입력 데이터의 공간적 특성 및 시간적 특성에 기초하여 상기 심장 박출률을 산출하는 심장 박출률 학습 모델; 및
상기 심장 박출률에 기초하여 심부전 중증도를 정상(Normal), 경증(Mild), 중증(Moderate), 및 위증(Severe) 중 적어도 하나로 결정하는 심부전 중증도 판단부를 포함하는,
심부전 중증도 예측 시스템.
an electrocardiogram signal input unit that receives a single electrocardiogram signal and generates input data based on the single electrocardiogram signal;
A cardiac ejection fraction learning model that pre-learns the cardiac ejection fraction corresponding to the single electrocardiogram signal based on an electrocardiogram data set and calculates the cardiac ejection fraction based on spatial and temporal characteristics of the input data; and
Comprising a heart failure severity determination unit that determines the severity of heart failure as at least one of Normal, Mild, Moderate, and Severe based on the cardiac ejection fraction,
Heart failure severity prediction system.
제1항에 있어서,
상기 심장 박출률 학습 모델은,
상기 단일 심전도 신호의 상기 공간적 특성을 추출하는 CNN 모델 및 상기 단일 심전도 신호의 상기 시간적 특성을 추출하는 RNN 모델을 순차적으로 사용하는 것을 특징으로 하는,
심부전 중증도 예측 시스템.
According to paragraph 1,
The cardiac ejection fraction learning model is,
Characterized by sequentially using a CNN model for extracting the spatial characteristics of the single ECG signal and a RNN model for extracting the temporal characteristics of the single ECG signal,
Heart failure severity prediction system.
제2항에 있어서,
상기 심장 박출률 학습 모델에 포함된 상기 CNN 모델은,
상기 단일 심전도 신호로부터 QRS파(QRS Complex)의 형태학적(Morphological) 특징을 학습하는 1-D CNN 모델인 것을 특징으로 하는,
심부전 중증도 예측 시스템.
According to paragraph 2,
The CNN model included in the cardiac ejection fraction learning model is,
Characterized in that it is a 1-D CNN model that learns morphological characteristics of the QRS complex (QRS complex) from the single electrocardiogram signal.
Heart failure severity prediction system.
제2항에 있어서,
상기 심장 박출률 학습 모델에 포함된 상기 RNN 모델은,
시간의 경과에 따른 상기 단일 심전도 신호의 변화를 학습하는 GRU(Gated Recurrent Unit) 모델인 것을 특징으로 하는,
심부전 중증도 예측 시스템.
According to paragraph 2,
The RNN model included in the cardiac ejection fraction learning model is,
Characterized in that it is a GRU (Gated Recurrent Unit) model that learns changes in the single electrocardiogram signal over time.
Heart failure severity prediction system.
제1항에 있어서,
상기 단일 심전도 신호는,
심전도 측정 장치를 이용하여 측정되고, 별도의 데이터 가공 및 데이터 변환이 수행되지 않은 1차 파라미터인 것을 특징으로 하는,
심부전 중증도 예측 시스템.
According to paragraph 1,
The single electrocardiogram signal is,
Characterized in that it is a primary parameter measured using an electrocardiogram measurement device and no separate data processing or data conversion is performed.
Heart failure severity prediction system.
제1항에 있어서,
상기 심부전 중증도 판단부는,
상기 심부전 중증도를, 상기 심장 박출률이 30% 내지 35%인 경우 정상, 상기 심장 박출률이 35% 내지 40%인 경우 경증, 상기 심장 박출률이 40% 내지 50%인 경우 중증, 상기 심장 박출률이 50%보다 큰 경우 위증으로 결정하는 것을 특징으로 하는,
심부전 중증도 예측 시스템.
According to paragraph 1,
The heart failure severity determination unit,
The heart failure severity is normal when the ejection fraction is 30% to 35%, mild when the ejection fraction is 35% to 40%, severe when the ejection fraction is 40% to 50%, and heart failure. Characterized by determining perjury if the probability of occurrence is greater than 50%,
Heart failure severity prediction system.
단일 심전도 신호를 입력받는 단계;
심전도 데이터 세트를 기초로 상기 단일 심전도 신호에 상응하는 심장 박출률을 사전학습하는 단계;
상기 단일 심전도 신호를 기초로 입력 데이터를 생성하는 단계;
상기 입력 데이터의 공간적 특성 및 시간적 특성에 기초하여 상기 심장 박출률을 산출하는 단계; 및
상기 심장 박출률에 기초하여 심부전 중증도를 정상(Normal), 경증(Mild), 중증(Moderate), 및 위증(Severe) 중 적어도 하나로 결정하는 단계를 포함하는,
심부전 중증도 예측 방법.
Receiving a single electrocardiogram signal;
Pre-learning the cardiac ejection fraction corresponding to the single electrocardiogram signal based on an electrocardiogram data set;
generating input data based on the single electrocardiogram signal;
calculating the cardiac ejection fraction based on spatial and temporal characteristics of the input data; and
Comprising the step of determining heart failure severity as at least one of Normal, Mild, Moderate, and Severe based on the cardiac ejection fraction,
How to predict heart failure severity.
제7항에 있어서,
상기 심장 박출률을 산출하는 단계는,
상기 단일 심전도 신호의 상기 공간적 특성을 추출하는 CNN 모델 및 상기 단일 심전도 신호의 상기 시간적 특성을 추출하는 RNN 모델을 순차적으로 사용하여 상기 심장 박출률을 산출하는 것을 특징으로 하는,
심부전 중증도 예측 방법.
In clause 7,
The step of calculating the cardiac ejection fraction is,
Characterized in calculating the cardiac ejection fraction by sequentially using a CNN model for extracting the spatial characteristics of the single ECG signal and an RNN model for extracting the temporal characteristics of the single ECG signal.
How to predict heart failure severity.
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