A comparative study for ECG QRS complex detection with respect to mother wavelets

Abstract

최근 모바일 헬스케어 산업이 급부상하며 ECG를 활용한 다양한 헬스케어 제품들이 나오고 있다. ECG의 QRS complex는 부정맥 뿐 아니라 심박변이도 분석에 가장 중요한 지표로 활용되어지기 때문에, ECG의 QRS complex 검출은 매우 중요하다. ECG의 QRS complex 검출 알고리즘 중에 가장 널리 알려진 Pan and Tompkins 알고리즘은 매우 우수한 성능으로 QRS complex를 검출하지만 노이즈에 영향을 많이 받기 때문에 적절한 노이즈 제거 기술이 필요하다. ECG QRS complex와 mother wavelet의 모양이 매우 유사하기에, 최근 10년간 wavelet을 이용한 ECG QRS complex 감지 알고리즘에 대한 다양한 연구들이 진행되어 왔다. 본 연구에서는 ECG QRS complex 검출에 가장 성능이 좋다고 알려진 'db4'와 'sym4'를 이용해 ECG의 노이즈를 제거하고 Pan and Tompkins 알고리즘을 이용해 QRS complex를 검출하는 연구를 진행했다. 실험 데이터는 23명에게 각각 5분씩 'rest', 'walking (4 km/h)', 'ascending (2.7 km/h)' 3가지 task를 수행하게 시켰다. ECG는 patch형태 센서를(T-REX TR100A) 왼쪽 가슴 아래에 부착하여 256 Hz 샘플링 속도로 측정했다. Wavelet denoising 방법으로 hard thresholding 방식을 채택했고, threshold level은 최적의 성능이 나오는 level을 선정했다. 그림 1,2에서 보여지는 것과 같이 'sym4'를 이용한 경우 검출 정확도가 향상되었지만, 'db4'를 이용한 경우는 검출률은 올라갔지만 peak 추정 오차는 떨어지는 것을 확인 할 수 있었다. 이전 연구결과와 같이 'sym4' mother wavelet은 ECG QRS 검출에 우수한 성능을 보이지만, wavelet을 적절하게 사용하지 않을 경우는 오히려 성능이 떨어지는 결과를 볼 수 있다는 것을 확인 할 수 있었다. 결과에 plot하지는 않았지만, soft thresholding이나 이전 문헌에서 사용되어진 다른 mother wavelet들의 (sym6, db2, db6, coif5) 경우 더 안 좋은 결과를 보였다.