심전도 신호는 MIT-BIH 데이터베이스에서 임의로 추출한 5개의 심전도 신호를 사용 한다. 이 신호의 샘플링 주파수는 360Hz이며, 각 심검자로부터 약 30분(약 1800초) 동안 측정한 데이터이다. 심전도 신호의 잡음 제거를 위한 처리는 심장 질환 진단에서 중요한 요소를 가지고 있는 주파수 대역인 1Hz ~ 25Hz의 BPF(Band-pass Filter)를 사용하였다. 이 신호에 대해 CSS 기법을 적용하여 R파형의 극점을 검출 후 기준구간 (최초로 입력된 R파형의 극점과 다음 R파형의 극점의 간격)과 이후 입력되는 비교구 간간의 비교를 통해 차이 값에 대한 새로운 신호를 추출하여 AZTEC 알고리즘에 적용 하였다. 최종적으로 수행된 압축에 대한 성능평가를 위해 재생 오차와 압축률을 계산 하였다.
4.1.1 MIT-BIH
본 논문에서 제안한 방식을 검증하기 위하여 MIT-BIH 데이터베이스의 압축 테스트 용 데이터(CDB)를 사용한다. MIT-BIH 데이터베이스란 심전도 신호를 연구목적으로 측정한 생리학 신호 데이터베이스이다. 심전도 처리에 관한 연구를 하거나 기법을 개 발하여 그것에 관한 결과를 일반화하기 위해 많은 사람에게 적용하고 기존의 기법들과 정당하게 비교하기 위해서 동일한 데이터를 이용해야 하는데 이때 MIT-BIH 데이터베 이스를 사용한다.
MIT-BIH 데이터베이스는 웹 사이트 “ecg.mit.edu”에서 제공되며 Arrhythmia, Atrial Fibrillation, Noise Stress Test, Normal Sinus Rhythm, ECG Compression Test 등 심전도 신호에 대한 많은 테스트용 데이터를 제공한다. 그 중 ECG Compression Test 데이터는 심전도 신호 압축에 대한 테스트용 데이터이다. 아래 그림은 MIT-BIH 데이터베이스에서 추출한 심전도 신호의 사지유도 리드 2파형을 보여준다.
(출처 : www.physionet.org/cgi-bin/atm/ATM)
그림 4.1 MIT-BIH 데이터베이스 리드 2파형(Record : 100)
그림 4.2 MIT-BIH 데이터베이스 리드 2파형(Record : 101)
그림 4.3 MIT-BIH 데이터베이스 리드 2파형(Record : 103)
4.1.2 구현
제안한 알고리즘은 MSP430으로 검증하였다. MSP430은 Texas Instrument사에서 개발한 칩으로 초 전력형 마이크로 컨트롤러로 저 전력의 플래쉬 메모리 모듈 내장능 력을 갖추고 있다. 이 내장 플래쉬 메모리는 휴대용제품 등과 같은 전력 소모량을 낮 춰야 하는 제품을 제작하는데 유리하다. 따라서 MSP430은 홀터 심전도 같은 휴대용 심전계 제작에 많이 쓰이며, 본 논문은 홀터 심전도에 적용하기 위한 새로운 압축 방 식을 제안한 것이므로 실제로 MSP430을 통해 구현해 봄으로써 신뢰성을 높이고자 한 다.
MSP430은 16Bit MCU로써 저전압 저전류 구동이 가능하며, 5가지의 power save모 드가 지원되어 최적의 소비전류를 제어 할 수 있도록 설계되어 있다. 아래 표는 MSP430의 기능을 보여준다.
표 4.1 MSP430 기능 1.8[V] ~ 3.6[V]의 동작범위
활성화모드 : 330[µA] 스탠바이모드 : 1.1[µA] 오프모드 : 0.2[µA]
5종류의 파워 절약 모드 3개의 DMA 채널
12비트 D/A 컨버터, 12비트 A/D 컨버터 타이머 및 캡처 기능이 있는 타이머 2개
USART 및 SPI, I2C 기능
MIT-BIH 데이터베이스에서 추출한 데이터를 MSP430에 입력하기 위해선 Serial 통 신을 이용한다. Serial 통신은 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 라고도 하며 전송거리가 짧고, 잡음에 약하지만 필요한 배선수가 적고 간단하다는 장 점이 있기 때문에 데이터 전송 표준으로 많이 사용된다. 이는 5~9비트의 데이터 비트 로 구성되어있기 때문에 12비트로 추출한 심전도 데이터를 8비트와 4비트로 두 번 전 송하고, MSP430 내부에서 다시 12비트로 재구성하도록 구현하였다.
그림 4.4 심전도 데이터
압축된 심전도 데이터에 대한 성능검증을 위해선 다시 PC로 데이터를 전송해야 한 다. 이를 위해 다시 Serial(UART) 통신을 이용한다. 이후 PC에서 전송된 압축된 데이 터의 압축률과 재생 오차를 측정한다. 본 논문에선 기존의 심전도 압축 알고리즘인 AZTEC의 성능을 개선한 새로운 방식을 제안하였으므로 AZTEC 알고리즘의 압축률,
재생 오차와 제안한 방식의 압축률, 재생 오차를 비교한다.
그림 4.5 심전도 신호 입출력