WO2014021515A1 - Method and apparatus for evaluating health of fetus - Google Patents

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WO2014021515A1
WO2014021515A1 PCT/KR2012/010672 KR2012010672W WO2014021515A1 WO 2014021515 A1 WO2014021515 A1 WO 2014021515A1 KR 2012010672 W KR2012010672 W KR 2012010672W WO 2014021515 A1 WO2014021515 A1 WO 2014021515A1
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박인양
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가톨릭대학교 산학협력단
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    • A61B5/318Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • A61B5/344Foetal cardiography

Definitions

  • the present invention relates to fetal health evaluation by using the fetal ECG data extracted from the mother's abdomen and using the entropy value obtained through nonlinear analysis thereof.
  • the monitoring of the fetal condition is essential for mothers associated with gestational hypertension, gestational diabetes mellitus, and low birth weight infants, and it is necessary to continuously examine the condition of the fetus from prenatal to analgesia.
  • the present invention provides a method for evaluating fetal health, which is capable of estimating the fetal ECG signal more accurately than the analog method of printing fetal heart rate on paper, and effectively analyzing unwanted noise or improving signal-to-noise ratio. To provide.
  • Fetal health evaluation method detects the bio-signal from the mother's abdomen, amplifies the detected bio-signal and removes the noise and outputs the ECG data of the fetus from the output signal Extracting and converting the extracted ECG data of the fetus into a digital signal, subdividing the fetal heart rate variability (HRV) signal read out from the converted signal by frame, and fetal heart rate variation signal by frame It includes a process of recognizing the health state of the fetus based on the entropy information (entropy information) obtained by non-linear analysis for each predetermined cycle.
  • HRV fetal heart rate variability
  • the electrode unit for detecting the bio-signal from the mother abdomen, the ECG data of the fetus from the detected bio-signal separated from the maternal abdominal bio-signal extracted and extracted A biosignal detection unit that reads a fetal heart rate variability (HRV) signal from electrocardiogram data, a frame generation for subdividing the read fetal heart rate variance signal by frame, and spectral normalization of the HRV signal for each frame
  • HRV fetal heart rate variability
  • An analysis unit configured to calculate an entropy value for each frame of the HRV signal normalized by the analysis unit, and a non-linear analysis of the fetal heart rate variability (HRV) signal for each frame by a predetermined period. Health status of the fetus based on the above non-linear analysis results And a controller to recognize.
  • the present invention can not only estimate the fetal ECG signal more accurately than the conventional method of printing the fetal heart rate on paper, but also effectively reduce unwanted noise or improve the signal-to-noise ratio.
  • FIG. 1 is a whole flow diagram of the fetal health evaluation method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a flow chart for performing non-linear analysis in the fetal health evaluation method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 (a) is a raw signal (raw signal) for the heartbeat variance signal of the fetus, (b) is a graph showing the signal interpolated through the Fast Fourier Transform (FFT) from the raw signal.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • FIG. 4 (a) shows data index signal intervals which are preset and extracted from data indexes 11 to 15 corresponding to signal loss (5) at a size 65 to 80 bpm (bit per minute) of the local region in the fetal heartbeat data region.
  • (B) is a graph which interpolated the said (a).
  • 5 is a cutoff frequency versus Shannon entropy graph quantified by Shannon entropy according to the data index K of the cutoff frequency for the fetal heartbeat variance signal according to the change of the cutoff frequency according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram of a fetal health evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Fetal health evaluation method detects the bio-signal from the mother's abdomen, amplifies the detected bio-signal and removes the noise and outputs the ECG data of the fetus from the output signal Extracting and converting the extracted ECG data of the fetus into a digital signal, subdividing the fetal heart rate variability (HRV) signal read out from the converted signal by frame, and fetal heart rate variation signal by frame It includes a process of recognizing the health state of the fetus based on the entropy information (entropy information) obtained by non-linear analysis for each predetermined cycle.
  • HRV fetal heart rate variability
  • Fetal health evaluation apparatus is an electrode unit for detecting a bio-signal from the mother abdomen, the ECG data of the fetus from the detected bio-signal separated from the maternal abdominal bio-signal extracted and the extracted ECG of the fetus
  • a biosignal detection unit for reading a fetal heart rate variability (HRV) signal from the data, a frame generation for subdividing the read fetal heart rate variance signal by frame, and an analysis for performing spectral normalization of the HRV signal for each frame
  • HRV fetal heart rate variability
  • an entropy calculating unit calculating a frame-specific entropy value for the HRV signal normalized by the analyzer, and controlling the frame rate fetal heart rate variability (HRV) signal to be linearly analyzed for each predetermined period.
  • HRV fetal heart rate variability
  • FIG. 1 is an overall flowchart of a fetal health evaluation method according to an embodiment of the present invention.
  • a biosignal is detected from a mother's abdomen in step 110.
  • the detected biosignal is amplified by an amplifying unit and a filter unit, and the noise is removed and output.
  • the biosignal detection is performed through at least two electrodes attached to the mother's abdomen.
  • the ECG data of the fetus is extracted from the output signal, and the extracted ECG data of the fetus is converted into an analog time series data (time series date) through an A / D converter in step 116.
  • the fetal heartbeat variation signal read from the converted signal is subdivided into frames, and in step 120, the non-linear analysis of the fetal heartbeat variation signal for each frame is performed at predetermined intervals.
  • the heartbeat transition signal is obtained from a signal measured by an M-mode ultrasonic Doppler method.
  • FIG. 3A is a raw signal of a fetal heartbeat variance signal, and (B) is interpolated from the original signal through a Fast Fourier Transform (FFT).
  • FFT Fast Fourier Transform
  • FIG. 2 is a flow chart for performing the non-linear analysis in the fetal health evaluation method according to an embodiment of the present invention, in step 210 to the fetal heartbeat variance signal From the time series signal, information about a predetermined data index signal interval is extracted from the remaining sections except for the zero subsection in step 212 except for a zero subsection in the data index.
  • FIG. 4A the operation process of 210 and 212 is shown in FIG. 4A.
  • signal loss (5) is performed at a size of 65 to 80 bpm (local per region) in the fetal heartbeat data region of FIG. 3.
  • step 214 spectral normalization is performed on the extracted information, and in step 216, an entropy value for each frame of the heartbeat variance signal is calculated from the normalization distribution.
  • step 214 performing spectral normalization in step 214, fast Fourier transform the fetal heartbeat variance signal, obtain a spectrum from the fast Fourier transform, and then determine a cutoff frequency of the spectrum.
  • the cutoff frequency determination of the spectrum is performed by quantifying a distribution of a predetermined data index signal interval difference signal by using Shannon entropy (COF-SE), where the slope of the trajectory of the Shannon entropy exceeds a preset threshold. The frequency is determined as the cutoff frequency for the high frequency noise of the heartbeat transition signal.
  • COF-SE Shannon entropy
  • step 122 entropy information of the fetal heartbeat signal for each frame is obtained by performing the operation of step 120.
  • the health status of the fetus is evaluated based on the obtained entropy information.
  • fetal heartbeat variation is evaluated by using approximate entropy.
  • each of the labors was delivered using the FHR records immediately before delivery of the fetus in three different ways of delivery: vaginal delivery in the second analgesia, planned cesarean delivery before analgesia, and emergency cesarean delivery during the first analgesia.
  • vaginal delivery in the second analgesia in the second analgesia
  • planned cesarean delivery before analgesia planned cesarean delivery before analgesia
  • emergency cesarean delivery during the first analgesia The fetal heart rate variability entropy index at different stages was compared.
  • Corometrics 150 (Corometrics, CT, USA), Doppler ultrasound cardiotocography and autocorrelation function were used for FHR signal acquisition.
  • the pulse repetition frequency was 2 Hz
  • the pulse duration was 92 Hz
  • the heart rate counting range was 50-210 beats per minute. All records were saved to a connected PC and further offline analysis was performed.
  • FHR signals measured during the last few minutes of delivery may be lost or contaminated.
  • Known preprocessing algorithms were used for the preprocessing of the signals.
  • Spline interpolation was used to replace the filtered heartbeat during signal loss periods of 2 seconds or less. For longer periods, we replaced the most recent segment of the same length with no signal loss.
  • All heart rate data in bpm were converted into RR intervals for entropy calculations. Heart rate (bpm) can be expressed in 60 / RR interval (seconds).
  • Nonlinear assays for FHR variability have been important in fetal cardiovascular and endocrine function.
  • FHR variability was examined using Approximate Entropy, a mathematical nonlinear indicator.
  • ApEn quantifies the complexity of FHR variability. Lower ApEn values indicate lower complexity, while higher ApEn values indicate higher complexity. Summarize the algorithm as follows:
  • the size of the new time series ( ) Is N-m + 1, and the size of each vector is m. Also select the threshold distance or the comparison length r. Two vectors of size m And ) Has a distance less than r:
  • Vector of distance (r), size (m) ) Is a vector of the same size ( ) Is the same as
  • the mean ( ⁇ standard deviation (STD)) maternal age of the asphyxia delivery group, emergency cesarean section group, and selective cesarean section group was 31 ( ⁇ 3), 32 ( ⁇ 3) and 33 ( ⁇ 4) years, respectively.
  • P 0.013
  • the mean maternal age of the asphyxia delivery group was younger than the other two groups.
  • the linear index including the mean FHR, STD, coefficient of variation (CV), and variance index (DI) was found to be significantly different for each delivery method in all time segments.
  • the RR interval of the asphyxia delivery group was significantly longer and varied than the RR interval of other groups. This result is consistent with the results of other linear measurements such as CV and DI. Pairwise comparisons show that the linear indices of the RR intervals in the vaginal delivery group, the emergency cesarean section group, and the choking delivery group and the optional cesarean section group are significantly different in all time segments (except for the average index of the first five minutes). It is present.
  • Nonlinear exponents including ApEn and SampEn in different time segments of different delivery modes are shown in Table 3.
  • the pairwise comparison (after applying the Bonferroni correction) showed that there was a significant difference in mean ApEn and SampEn between the vaginal delivery group and the selective cesarean section group in all time segments. At the 2000 RR interval, significant differences were also detected between the mean ApEn and SampEn intervals between the choking delivery group and the emergency cesarean section.
  • the FHR entropy index of the second analgesic phase was significantly lower than that of the first analgesic and analgesic phase.
  • the last 5 minutes of fetus of analgesia were much lower in FHR entropy index than the first 5 minutes of analgesia.
  • FIG. 6 is a block diagram of the fetal health evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus 600 to which the present invention is applied includes an electrode unit 610, a signal detector 612, an analyzer 614, a controller 616, an entropy calculator 618, and an A / D converter ( 620 and the frame generator 622.
  • the electrode unit 610 detects a biosignal from a maternal abdomen.
  • the biosignal detection unit 612 amplifies the biosignal detected from the electrode unit 610 and removes noise.
  • the control unit 616 extracts the fetal ECG data from the maternal abdominal biosignal in the signal output from the signal detector 612 and converts the fetal ECG data into a digital signal, thereby reading the fetal heartbeat variation read from the converted signal (Heart).
  • Rate Variability (HRV) signal is controlled to be non-linear analysis and output to recognize the fetal health state based on the obtained entropy information.
  • the controller 616 extracts information of a predetermined data index signal section from the remaining sections except for a section in which a data index is less than zero, from the time series signal for the fetal heartbeat variance signal, and extracts the information.
  • Spectral normalization is performed on the received information, and the control is performed to calculate an entropy value for each frame of the heartbeat variance signal from the normalization distribution, thereby performing nonlinear analysis.
  • the cutoff frequency of the spectrum may be determined by quantifying the distribution of a predetermined data index signal interval difference signal by using Shannon entropy (COF-SE) to determine a frequency at a point where the slope of the Shannon entropy exceeds a preset threshold.
  • COF-SE Shannon entropy
  • the A / D converter 620 converts the ECG data of the fetus extracted under the control of the controller 616 into a digital signal.
  • the frame generator 622 subdivides the HRV signal read out from the converted signal for each frame.
  • the analyzer 614 performs spectral normalization on the HRV signal for each frame.
  • the entropy calculator 618 calculates an entropy value for each frame of the HRV signal normalized from the analyzer 614.
  • the present invention not only can estimate the fetal ECG signal more accurately, but also can perform nonlinear analysis according to the rapid change of the input signal using the entropy change information, thereby effectively reducing the unwanted noise or improving the signal-to-noise ratio. To make it possible.

Abstract

The present invention relates to a method for evaluating the health of a fetus, comprising the steps of: detecting a biosignal from the abdomen of a mother; amplifying the detected biosignal and removing noise to output the same; extracting electrocardiogram data of a fetus from the output signal and converting the extracted electrocardiogram data of a fetus into a digital signal; and acquiring the state of health of a fetus on the basis of entropy information obtained by segmentation, by frames, of the heart rate variability (HRV) signal of a fetus read from the converted signal, and nonlinearly analyzing, by the preset period, the HRV signal by frame.

Description

태아 건강 평가 방법 및 장치Prenatal Health Assessment Methods and Devices
본 발명은 산모의 복부로부터 검출된 생체신호에서 태아의 심전도 데이터를 추출하고 이에 대한 비선형 분석을 통해 획득된 엔트로피 값을 이용하여 태아 건강 평가에 관한 것이다.The present invention relates to fetal health evaluation by using the fetal ECG data extracted from the mother's abdomen and using the entropy value obtained through nonlinear analysis thereof.
일반적으로 임신성 고혈압, 임신성 당뇨병, 저체중아와 관련되는 산모에게는 태아상태의 감시가 필수적이며, 정상 산모도 산전 및 진통에 이르기까지 지속적으로 태아의 상태를 검사하는 것이 필요하다.In general, the monitoring of the fetal condition is essential for mothers associated with gestational hypertension, gestational diabetes mellitus, and low birth weight infants, and it is necessary to continuously examine the condition of the fetus from prenatal to analgesia.
현재 거의 모든 산모에 대해 출산 전 태아의 건강 상태 평가를 위해 태동검사를 시행하고 있으며, 분만 중 태아의 건강 평가 또한 이러한 태동 검사에 의존하고 있다.At present, almost all mothers are given a baby test to assess the health of the fetus before giving birth, and the health of the baby during delivery is also dependent on this test.
그러나 이러한 태동검사는 검사 장치에서 획득된 순간의 태아의 심박동수를 종이에 그림으로 그려 표현하는 방식으로 그 수치를 객관화하기 어려우며 이에 따라 검사자 또는 해석자에 따라 결과의 해석이 달라지는 경우가 빈번히 발생하고 있다. 예를 들어 성인의 경우 심장 기능을 평가하기 위하여 심전도 검사를 하면 컴퓨터가 이를 자동 분석하여 일차 의견을 표시하게 되고 의사는 이를 확인하여 추가적 사항에 대한 여부를 확인하는 과정을 거치게 된다. 그런데, 태아의 심박동 분석의 경우에는 이러한 컴퓨터에 의한 일차적 분석을 시행하지 못하기 때문에 그 결과값을 디지털화하지 못하고 아날로그적인 그림으로 표시함으로써 검사의 정확성이 떨어지는 문제가 있다.However, these tests are difficult to objectify the numerical values by drawing on the paper the heart rate of the fetus at the moment obtained from the testing device, and accordingly, the interpretation of the results varies depending on the examiner or interpreter. . For example, in adults, when an ECG test is performed to evaluate cardiac function, a computer automatically analyzes it and displays a first opinion, and a doctor checks whether there is an additional matter. However, in the case of fetal heartbeat analysis, since the primary analysis by the computer cannot be performed, there is a problem that the accuracy of the test is lowered by displaying the result as an analog picture instead of being digitized.
본 발명은 태아 심박동수를 종이에 그림으로 인쇄하는 아날로그적 방식에서 벗어나 보다 정확한 태아 심전도 신호를 추정할 수 있을 뿐만 아니라 원치 않은 노이즈를 효과적으로 줄이거나 신호대잡음비가 개선된 분석이 가능한 태아 건강 평가 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a method for evaluating fetal health, which is capable of estimating the fetal ECG signal more accurately than the analog method of printing fetal heart rate on paper, and effectively analyzing unwanted noise or improving signal-to-noise ratio. To provide.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태아 건강 평가 방법은 산모의 복부로부터 생체신호를 검출하고, 상기 검출된 생체신호를 증폭하고 잡음을 제거하여 출력하는 과정과, 상기 출력된 신호로부터 태아의 심전도 데이터를 추출하고, 상기 추출된 태아의 심전도 데이터를 디지털신호로 변환하는 과정과, 상기 변환된 신호로부터 독출된 태아 심박동 변이(Heart Rate Variability, HRV) 신호를 프레임별로 세분화하고, 상기 프레임별 태아 심박동 변이 신호를 기설정된 주기별로 비선형 분석하여 획득된 엔트로피 정보(entropy information)에 기초하여 태아의 건강 상태를 인식하는 과정을 포함한다.Fetal health evaluation method according to an embodiment of the present invention detects the bio-signal from the mother's abdomen, amplifies the detected bio-signal and removes the noise and outputs the ECG data of the fetus from the output signal Extracting and converting the extracted ECG data of the fetus into a digital signal, subdividing the fetal heart rate variability (HRV) signal read out from the converted signal by frame, and fetal heart rate variation signal by frame It includes a process of recognizing the health state of the fetus based on the entropy information (entropy information) obtained by non-linear analysis for each predetermined cycle.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 태아 건강 평가 장치에 있어서, 산모 복부로부터 생체신호를 검출하는 전극부와, 상기 검출된 생체신호로부터 태아의 심전도 데이터를 산모 복부 생체신호로부터 분리하여 추출하여 상기 추출한 태아의 심전도 데이터로부터 태아 심박동 변이(Heart Rate Variability, HRV) 신호를 독출하는 생체신호 검출부와, 상기 독출된 태아 심박동 변이 신호를 프레임별로 세분화하는 프레임 생성와, 상기 프레임별 HRV 신호에 대한 스펙트럼 정규화를 수행하는 분석부와, 상기 분석부로부터 정규화 수행된 HRV 신호에 대한 프레임별 엔트로피값을 산출하는 엔트로피 연산부와, 상기 프레임별 태아 심박동 변이(Heart Rate Variability, HRV) 신호를 기설정된 주기별로 비선형 분석하도록 제어하여 상기 비선형 분석 결과에 기초하여 태아의 건강 상태를 인식하는 제어부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, in the fetal health evaluation device, the electrode unit for detecting the bio-signal from the mother abdomen, the ECG data of the fetus from the detected bio-signal separated from the maternal abdominal bio-signal extracted and extracted A biosignal detection unit that reads a fetal heart rate variability (HRV) signal from electrocardiogram data, a frame generation for subdividing the read fetal heart rate variance signal by frame, and spectral normalization of the HRV signal for each frame An analysis unit configured to calculate an entropy value for each frame of the HRV signal normalized by the analysis unit, and a non-linear analysis of the fetal heart rate variability (HRV) signal for each frame by a predetermined period. Health status of the fetus based on the above non-linear analysis results And a controller to recognize.
본 발명은 기존의 태아 심박동수를 종이에 그림으로 인쇄하는 아날로그적 방식에서 벗어나 보다 정확한 태아 심전도 신호를 추정할 수 있을 뿐만 아니라 원치 않은 노이즈를 효과적으로 줄이거나 신호대잡음비가 개선된 분석이 가능하도록 해준다.The present invention can not only estimate the fetal ECG signal more accurately than the conventional method of printing the fetal heart rate on paper, but also effectively reduce unwanted noise or improve the signal-to-noise ratio.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태아 건강 평가 방법에 관한 전체 흐름도.1 is a whole flow diagram of the fetal health evaluation method according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태아 건강 평가 방법에 있어서 비선형 분석 수행에 관한 흐름도.Figure 2 is a flow chart for performing non-linear analysis in the fetal health evaluation method according to an embodiment of the present invention.
도 3의 (a)는 태아의 심박동 변이 신호에 대한 원 신호(raw signal)이고, (b)는 상기 원 신호로부터 패스트 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 통해 보간된 신호를 보인 그래프.Figure 3 (a) is a raw signal (raw signal) for the heartbeat variance signal of the fetus, (b) is a graph showing the signal interpolated through the Fast Fourier Transform (FFT) from the raw signal.
도 4의 (a)는 태아 심박동 데이터 영역에서 국소 영역의 크기 65 내지 80 bpm(bit per minute)에서 signal loss(5)에 해당하는 데이터 인덱스 11에서부터 15 까지 기설정되어 추출되는 데이터 인덱스 신호구간을 보여주는 도면이며, (b)는 상기 (a)를 보간한 그래프.FIG. 4 (a) shows data index signal intervals which are preset and extracted from data indexes 11 to 15 corresponding to signal loss (5) at a size 65 to 80 bpm (bit per minute) of the local region in the fetal heartbeat data region. (B) is a graph which interpolated the said (a).
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 컷오프 주파수 변화에 따른 태아 심박동 변이 신호에 대한 컷오프 주파수의 데이터 인덱스 K에 따라 샤논 엔트로피로 정량화하여 컷오프 주파수 대 샤논 엔트로피 그래프.5 is a cutoff frequency versus Shannon entropy graph quantified by Shannon entropy according to the data index K of the cutoff frequency for the fetal heartbeat variance signal according to the change of the cutoff frequency according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태아 건강 평가 장치에 관한 블록도.6 is a block diagram of a fetal health evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 7은 ApEn 계산법을 확인하기 위해 다른 비선형적 방법(SampEn ; Sample Entropy)에 의한 결과와 ApEn 계산법에 의한 결과를 비교한 그래프.7 is a graph comparing the results obtained by another nonlinear method (SampEn; Sample Entropy) with the results obtained by the ApEn calculation method in order to confirm the ApEn calculation method.
도 8은 분만 방식에 따른 산모 및 태아 특성을 정리한 테이블.8 is a table summarizing the maternal and fetal characteristics according to the delivery method.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태아 건강 평가 방법은 산모의 복부로부터 생체신호를 검출하고, 상기 검출된 생체신호를 증폭하고 잡음을 제거하여 출력하는 과정과, 상기 출력된 신호로부터 태아의 심전도 데이터를 추출하고, 상기 추출된 태아의 심전도 데이터를 디지털신호로 변환하는 과정과, 상기 변환된 신호로부터 독출된 태아 심박동 변이(Heart Rate Variability, HRV) 신호를 프레임별로 세분화하고, 상기 프레임별 태아 심박동 변이 신호를 기설정된 주기별로 비선형 분석하여 획득된 엔트로피 정보(entropy information)에 기초하여 태아의 건강 상태를 인식하는 과정을 포함한다.Fetal health evaluation method according to an embodiment of the present invention detects the bio-signal from the mother's abdomen, amplifies the detected bio-signal and removes the noise and outputs the ECG data of the fetus from the output signal Extracting and converting the extracted ECG data of the fetus into a digital signal, subdividing the fetal heart rate variability (HRV) signal read out from the converted signal by frame, and fetal heart rate variation signal by frame It includes a process of recognizing the health state of the fetus based on the entropy information (entropy information) obtained by non-linear analysis for each predetermined cycle.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태아 건강 평가 장치는 산모 복부로부터 생체신호를 검출하는 전극부와, 상기 검출된 생체신호로부터 태아의 심전도 데이터를 산모 복부 생체신호로부터 분리하여 추출하여 상기 추출한 태아의 심전도 데이터로부터 태아 심박동 변이(Heart Rate Variability, HRV) 신호를 독출하는 생체신호 검출부와, 상기 독출된 태아 심박동 변이 신호를 프레임별로 세분화하는 프레임 생성와, 상기 프레임별 HRV 신호에 대한 스펙트럼 정규화를 수행하는 분석부와, 상기 분석부로부터 정규화 수행된 HRV 신호에 대한 프레임별 엔트로피값을 산출하는 엔트로피 연산부와, 상기 프레임별 태아 심박동 변이(Heart Rate Variability, HRV) 신호를 기설정된 주기별로 비선형 분석하도록 제어하여 상기 비선형 분석 결과에 기초하여 태아의 건강 상태를 인식하는 제어부를 포함한다.Fetal health evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention is an electrode unit for detecting a bio-signal from the mother abdomen, the ECG data of the fetus from the detected bio-signal separated from the maternal abdominal bio-signal extracted and the extracted ECG of the fetus A biosignal detection unit for reading a fetal heart rate variability (HRV) signal from the data, a frame generation for subdividing the read fetal heart rate variance signal by frame, and an analysis for performing spectral normalization of the HRV signal for each frame And an entropy calculating unit calculating a frame-specific entropy value for the HRV signal normalized by the analyzer, and controlling the frame rate fetal heart rate variability (HRV) signal to be linearly analyzed for each predetermined period. To recognize the health of the fetus based on the results of nonlinear analysis It includes a control unit.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, specific details such as specific components are shown, which are provided to help a more general understanding of the present invention, and the specific details may be changed or changed within the scope of the present invention. It is self-evident to those of ordinary knowledge in Esau.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태아 건강 평가 방법에 관한 전체 흐름도이다.1 is an overall flowchart of a fetal health evaluation method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 먼저 110 과정에서 산모의 복부로부터 생체신호를 검출하고, 112 과정에서 상기 검출된 생체신호를 증폭부와 필터부를 통해 증폭하고 잡음을 제거하여 출력한다.Referring to FIG. 1, first, a biosignal is detected from a mother's abdomen in step 110. In step 112, the detected biosignal is amplified by an amplifying unit and a filter unit, and the noise is removed and output.
이때, 상기 생체신호 검출은 산모의 복부에 부착되는 적어도 둘 이상의 전극을 통해 수행된다.In this case, the biosignal detection is performed through at least two electrodes attached to the mother's abdomen.
114 과정에서는 상기 출력된 신호로부터 태아의 심전도 데이터를 추출하고, 상기 추출된 태아의 심전도 데이터를 116 과정에서 A/D 변환기를 통해 아날로그 형태의 시계열 데이터(time series date)를 디지털 신호로 변환한다.In operation 114, the ECG data of the fetus is extracted from the output signal, and the extracted ECG data of the fetus is converted into an analog time series data (time series date) through an A / D converter in step 116.
118 과정에서는 상기 변환된 신호로부터 리드한 태아 심박동 변이 신호를 프레임별로 세분화하고, 120 과정에서 상기 프레임별 태아 심박동 변이 신호를 기설정된 주기별로 비선형 분석을 수행한다. 상기 심박동 변이 신호는 엠-모드(Motion-mode) 초음파 도플러 방식으로 측정된 신호로부터 획득된다.In operation 118, the fetal heartbeat variation signal read from the converted signal is subdivided into frames, and in step 120, the non-linear analysis of the fetal heartbeat variation signal for each frame is performed at predetermined intervals. The heartbeat transition signal is obtained from a signal measured by an M-mode ultrasonic Doppler method.
여기서, 도 3을 참조하면 도 3의 (a)는 태아의 심박동 변이 신호에 대한 원 신호(raw signal)이고, (b)는 상기 원 신호로부터 패스트 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 통해 보간된 신호를 보인 것으로, 상기 FFT를 이용하여 상기 프레임별 태아 심박동 변이 신호를 기설정된 주기별로 비선형 분석이 수행된다.Referring to FIG. 3, FIG. 3A is a raw signal of a fetal heartbeat variance signal, and (B) is interpolated from the original signal through a Fast Fourier Transform (FFT). By using the FFT, nonlinear analysis of the fetal heartbeat variability signal for each frame is performed at predetermined intervals.
이때, 상기 비선형 분석은 더욱 상세하게 도 2를 참조하여 설명하면, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태아 건강 평가 방법에 있어서 비선형 분석 수행에 관한 흐름도로서, 210 과정에서는 상기 태아 심박동 변이 신호에 대한 시계열 신호로부터 데이터 인덱스(data index)에서 제로(zero) 이하 구간을 제외하고, 212 과정에서 상기 제로 이하 구간을 제외한 나머지 구간 중에서 기설정된 데이터 인덱스 신호구간의 정보를 추출한다.At this time, the non-linear analysis will be described in more detail with reference to Figure 2, Figure 2 is a flow chart for performing the non-linear analysis in the fetal health evaluation method according to an embodiment of the present invention, in step 210 to the fetal heartbeat variance signal From the time series signal, information about a predetermined data index signal interval is extracted from the remaining sections except for the zero subsection in step 212 except for a zero subsection in the data index.
상기 210 및 212 의 동작 과정을 도 4를 통해 살펴보면, 도 4의 (a)는 앞서 상술한 도 3의 태아 심박동 데이터 영역에서 국소 영역의 크기 65 내지 80 bpm(bit per minute)에서 signal loss(5)에 해당하는 데이터 인덱스 11에서부터 15 까지 기설정되어 추출되는 데이터 인덱스 신호구간을 보인 것이고, 도 4의 (b)는 상기 (a)를 보간한 것이다.Referring to FIG. 4, the operation process of 210 and 212 is shown in FIG. 4A. In FIG. 4A, signal loss (5) is performed at a size of 65 to 80 bpm (local per region) in the fetal heartbeat data region of FIG. 3. ) Shows a data index signal interval that is preset and extracted from data indexes 11 to 15 corresponding to), and (b) of FIG. 4 is interpolated from (a).
이후, 214 과정에서 상기 추출된 정보에 대한 스펙트럼 정규화를 수행하고, 216 과정에서 상기 정규화 분포로부터 심박동 변이 신호의 프레임별 엔트로피 값을 산출한다.Thereafter, in step 214, spectral normalization is performed on the extracted information, and in step 216, an entropy value for each frame of the heartbeat variance signal is calculated from the normalization distribution.
이때, 상기 214 과정의 스펙트럼 정규화 수행은, 상기 태아 심박동 변이 신호를 패스트 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)하고, 상기 패스트 푸리에 변환된 결과로부터 스펙트럼을 획득한 후, 상기 스펙트럼의 컷오프(cutoff) 주파수 결정을 통해 수행되는 것으로, 상기 스펙트럼의 컷오프 주파수 결정은 기설정된 데이터 인덱스 신호구간 차신호의 분포를 샤논 엔트로피(COF-SE)로 정량화하여 상기 샤논 엔트로피의 궤적의 기울기가 미리 설정된 임계치를 초과하는 점에서의 주파수를 상기 심박동 변이 신호의 고주파 잡음에 대한 컷오프 주파수로 결정되는 것이다.In this case, performing spectral normalization in step 214, fast Fourier transform the fetal heartbeat variance signal, obtain a spectrum from the fast Fourier transform, and then determine a cutoff frequency of the spectrum. The cutoff frequency determination of the spectrum is performed by quantifying a distribution of a predetermined data index signal interval difference signal by using Shannon entropy (COF-SE), where the slope of the trajectory of the Shannon entropy exceeds a preset threshold. The frequency is determined as the cutoff frequency for the high frequency noise of the heartbeat transition signal.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 컷오프 주파수 변화에 따른 태아 심박동 변이 신호에 대한 컷오프 주파수의 데이터 인덱스 K에 따라 샤논 엔트로피로 정량화하여 컷오프 주파수 대 샤논 엔트로피 그래프로 표현한 것으로, 도 5의 (a)는 선형의 잡음이 포함된 신호이고, (b)는 디지털화 변환된 선형의 신호를 보인 것으로, 기울기가 급격히 변화는 점이 정확한 컷오프 주파수로서 결정됨을 알 수 있다.5 is quantified by Shannon entropy according to the data index K of the cutoff frequency for the fetal heartbeat variance signal according to the change of the cutoff frequency according to an embodiment of the present invention and expressed as a cutoff frequency vs. Shannon entropy graph. Is a signal containing linear noise, and (b) shows a linearized signal digitized and converted, and it can be seen that the point where the slope changes rapidly is determined as an accurate cutoff frequency.
다시 도 1의 설명으로 돌아가면 이후 122 과정에서는 상기 120 과정의 동작 수행을 통해 상기 프레임별 태아 심박동 신호에 대한 엔트로피 정보(entropy information)를 획득한다.Returning to the description of FIG. 1, in step 122, entropy information of the fetal heartbeat signal for each frame is obtained by performing the operation of step 120.
이후, 124 과정에서는 상기 획득된 엔트로피 정보에 기초하여 태아의 건강 상태를 평가한다.In operation 124, the health status of the fetus is evaluated based on the obtained entropy information.
한편, 본 발명에서 사용하는 비선형 분석방법으로는 근사 엔트로피(approximate entropy)를 이용하여 태아 심박동 변이에 대해 평가한다.Meanwhile, as the nonlinear analysis method used in the present invention, fetal heartbeat variation is evaluated by using approximate entropy.
이를 위해서는 상기 태아 심박동 변이에 대한 정상 엔트로피 지수 패턴의 이해가 수반되어야 하므로 본 발명이 적용되는 경우와 적용되는 않은 경우 즉, 태아분만 전 및 태아분만 중의 태아 모니터링을 위한 엔트로피 지수의 사용을 위한 태아 심박동 변이에 대한 정상 엔트로피 지수 패턴의 이해를 돕기 위해 실험을 통해 분만의 진행에 따라 태아 심박동 엔트로피 지수가 유의적으로 상이한지를 비교한 결과를 설명한다.This is accompanied by an understanding of the normal entropy index pattern for the fetal heart rate variability, so that the present invention is applied and not applied, that is, fetal heart rate for use of the entropy index for fetal monitoring before and during fetal delivery To help understand the normal entropy index pattern for variation, experiments are conducted to compare the fetal heart rate entropy index with the progression of delivery.
태아 심박동 변이(Fetal heart rate variation FHRFHR )에 대한 정상 엔트로피 지수 패턴의 이해The normal entropy index pattern
이를 위해, 진통 제2기에서의 질식분만, 진통 이전의 계획된 제왕 절개 분만 및 진통 제1기 도중 응급 제왕 절개분만의 세 가지 각각 상이한 분만 방식으로 태아의 분만 직전의 FHR 기록을 이용하여 분만의 각기 다른 진행기에서의 태아 심박동 변이 엔트로피 지수를 비교했다.To this end, each of the labors was delivered using the FHR records immediately before delivery of the fetus in three different ways of delivery: vaginal delivery in the second analgesia, planned cesarean delivery before analgesia, and emergency cesarean delivery during the first analgesia. The fetal heart rate variability entropy index at different stages was compared.
이로써 본 실험의 결과는 진통 중 FHR의 피질 신경제어계(cortical nervous controlling system)의 특징을 이해하고, 분만 중 태아 모니터링을 위한 엔트로피 지수의 임상적 적용을 개선할 것으로 기대한다.Thus, the results of this experiment are expected to understand the characteristics of the cortical nervous controlling system of FHR during labor and to improve the clinical application of the entropy index for fetal monitoring during labor.
신호 취득 및 전처리Signal Acquisition and Preprocessing
FHR 신호 획득을 위해 Corometrics 150 (Corometrics, CT, USA), 도플러 초음파 cardiotocography 및 자기상관 함수를 사용했다. 펄스 반복 주파수는 2 Hz, 펄스 지속기간은 92 ㎲ 그리고 심박동 카운팅 범위는 분 당 50-210 beats 를 이용했다. 모든 기록을 연결된 PC에 저장한 후 추가 오프라인 분석을 수행했다. 우리는 가톨릭 컴퓨터-기반의 주산과 진료 시스템(CCAOD; DoBe Tech, Seoul, Korea)을 통해 연구 그룹의 분만 최종 30분 이전의 FHR 기록을 데이터화 했다.Corometrics 150 (Corometrics, CT, USA), Doppler ultrasound cardiotocography and autocorrelation function were used for FHR signal acquisition. The pulse repetition frequency was 2 Hz, the pulse duration was 92 Hz, and the heart rate counting range was 50-210 beats per minute. All records were saved to a connected PC and further offline analysis was performed. We dataate FHR records from the study group's final 30 minutes before delivery through the Catholic computer-based maternity and care system (CCAOD; DoBe Tech, Seoul, Korea).
분만에서 마지막 수분 동안 측정된 FHR 신호는 손실되거나 오염될 우려가 있다. 신호의 전처리를 위해 공지의 전처리 알고리듬을 이용했다. 분당 60bpm(beats per minute) 이하의 심박동과 25 bpm 이상의 박동-대-박동 간의 차이를 분석하고 필터링했다. 스플라인 보간을 이용하여 2초 또는 그 이하 동안의 신호 손실 주기 동안 필터링된 심박동을 대체했다. 이보다 긴 주기의 경우는 신호 손실이 없는 동일한 길이의 가장 최근의 세그먼트로 대체했다. 마지막으로, bpm단위의 심박동 데이터를 모두 엔트로피 계산을 위해 RR 인터벌로 변환했다. 심박동(bpm)은 60/RR 인터벌(초)로 표시할 수 있다.FHR signals measured during the last few minutes of delivery may be lost or contaminated. Known preprocessing algorithms were used for the preprocessing of the signals. We analyzed and filtered the difference between heartbeats below 60 bpm (beats per minute) and beat-to-beats above 25 bpm. Spline interpolation was used to replace the filtered heartbeat during signal loss periods of 2 seconds or less. For longer periods, we replaced the most recent segment of the same length with no signal loss. Finally, all heart rate data in bpm were converted into RR intervals for entropy calculations. Heart rate (bpm) can be expressed in 60 / RR interval (seconds).
근사 엔트로피 분석Approximate Entropy Analysis
FHR 변동성에 대한 비선형 분석법은 태아 심혈관 및 내분비 기능에 있어 중요하게 활용되어 왔다. 특히, 근사 엔트로피(ApEn), 즉, 수학적 비선형 지표를 이용해 FHR 변동성을 검토했었다. ApEn는 FHR 변동성의 복합성을 정량화한다. ApEn 값이 낮을 경우, 복합성이 낮음을 나타내며, 반면에, 높은 ApEn 값은 복합성이 높음을 의미한다. 알고리즘을 다음과 같이 요약해본다.Nonlinear assays for FHR variability have been important in fetal cardiovascular and endocrine function. In particular, FHR variability was examined using Approximate Entropy, a mathematical nonlinear indicator. ApEn quantifies the complexity of FHR variability. Lower ApEn values indicate lower complexity, while higher ApEn values indicate higher complexity. Summarize the algorithm as follows:
*크기(size)의 time series (즉, 입력 서열의 RR의 수) N,Size time series (ie, the number of RRs in the input sequence) N,
Figure PCTKR2012010672-appb-I000001
Figure PCTKR2012010672-appb-I000001
embedding dimension (m) (문헌에 따라 종종 pattern length 라고도 지칭함)을 선택하고, 새로운 벡터열을 구성한다.Choose the embedding dimension (m) (sometimes referred to as pattern length in the literature) and construct a new vector sequence.
Figure PCTKR2012010672-appb-I000002
Figure PCTKR2012010672-appb-I000002
여기서,here,
Figure PCTKR2012010672-appb-I000003
Figure PCTKR2012010672-appb-I000003
새로운 시계열(time series)의 크기(
Figure PCTKR2012010672-appb-I000004
)는 N-m+1 이며, 각 벡터의 크기는 m이다. 또한 문턱 거리 또는 비교 길이 r 을 선택한다. 크기(m)의 두 벡터(
Figure PCTKR2012010672-appb-I000005
Figure PCTKR2012010672-appb-I000006
)의 거리가 r 보다 작으며:
The size of the new time series (
Figure PCTKR2012010672-appb-I000004
) Is N-m + 1, and the size of each vector is m. Also select the threshold distance or the comparison length r. Two vectors of size m
Figure PCTKR2012010672-appb-I000005
And
Figure PCTKR2012010672-appb-I000006
) Has a distance less than r:
Figure PCTKR2012010672-appb-I000007
Figure PCTKR2012010672-appb-I000007
상기의 경우 벡터들이 유사하다고 간주한다. 거리(r),크기(m)의 벡터(
Figure PCTKR2012010672-appb-I000008
)가 동일 크기의 벡터(
Figure PCTKR2012010672-appb-I000009
)와 동일할 가능성은 다음과 같다.
In this case the vectors are considered similar. Vector of distance (r), size (m)
Figure PCTKR2012010672-appb-I000008
) Is a vector of the same size (
Figure PCTKR2012010672-appb-I000009
) Is the same as
Figure PCTKR2012010672-appb-I000010
Figure PCTKR2012010672-appb-I000010
Figure PCTKR2012010672-appb-I000011
Figure PCTKR2012010672-appb-I000011
이를 다음과 같이 정의한다.It is defined as follows.
Figure PCTKR2012010672-appb-I000012
Figure PCTKR2012010672-appb-I000012
근사 엔트로피는 다음과 같이 정의한다.Approximate entropy is defined as
Figure PCTKR2012010672-appb-I000013
Figure PCTKR2012010672-appb-I000013
상기 알고리즘에서 설명한 바와 같이, ApEn 값을 계산하기 위해 embedding dimension (m),비교길이 (r),및 입력 서열에서의 RR의 수 (N)와 같이 세 가지 파라미터를 이용했다. ApEn의 단점 중 하나는 ApEn는 입력 서열에 의존한다는 사실이다. 또한, 통계적 유의성에 있어 1000 입력 서열 값이 충분하다고 제시되어 왔으며, 여기서 m=2 이고 r 은 입력 서열에서 0.1 내지 0.2 STD 범위를 갖는다. 본 연구에서 입력 서열로서의 RR인터벌의 수는 2000이다. embedding dimension (m)는 실험을 통해 2로 설정했으며, 비교길이 (r)는 각 데이터 별로 RR 인터벌의 표준편차(STD)의 15%로 계산했다.As described in the above algorithm, three parameters were used to calculate ApEn values: embedding dimension (m), comparison length (r), and number of RRs in the input sequence (N). One of the disadvantages of ApEn is the fact that ApEn depends on the input sequence. It has also been suggested that 1000 input sequence values are sufficient for statistical significance, where m = 2 and r ranges from 0.1 to 0.2 STD in the input sequence. The number of RR intervals as the input sequence in this study is 2000. The embedding dimension (m) was set to 2 through experiments, and the comparison length (r) was calculated as 15% of the standard deviation (STD) of the RR interval for each data.
이와 같은 ApEn 계산법을 확인하기 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 다른 비선형적 방법인 SampEn (Sample Entropy)를 이용하여 얻은 결과와 ApEn 결과를 비교했다. SampEn 알고리즘은 기타 문헌에 상세히 설명되어 있다. 위에 언급한 바와 같이, ApEn 계산법에 있어서, 이전 연구들에 기반한 전처리 알고리듬을 FHR 신호에 적용했으며, RR 인터벌로의 변환을 동반했다. 최종 2000의 연속적 RR 인터벌(16.7 분) 및 최초 600의 연속적 RR 인터벌(5 분)의 검사를 FHR 변동성 분석에서 수행했다. 계산은 모두 MATLAB 7.10 (R2010a, The Mathworks, Natick, MA)를 통해 수행했다.In order to confirm the ApEn calculation method, as shown in FIG. 7, ApEn results were compared with results obtained using another nonlinear method, SampEn (Sample Entropy). The SampEn algorithm is described in detail in other documents. As mentioned above, in the ApEn calculation, a preprocessing algorithm based on previous studies was applied to the FHR signal, accompanied by conversion to RR intervals. Examination of the last 2000 consecutive RR intervals (16.7 minutes) and the first 600 consecutive RR intervals (5 minutes) was performed in the FHR variability analysis. The calculations were all done with MATLAB 7.10 (R2010a, The Mathworks, Natick, MA).
결과result
도 8은 분만 방식에 따른 산모 및 태아 특성을 정리한다. 질식 분만 그룹, 응급 제왕절개 그룹, 및 선택적 제왕절개 그룹의 평균 (± 표준편차 (STD)) 산모연령은 각각 31(±3), 32(±3) 및 33(±4)세이다. 이들 세 그룹 사이의 산모연령에 상당한 차이가 관찰되었으며(P=0.013),질식 분만그룹의 평균 산모연령이 다른 두 그룹에 비해 젊었다. 남아가 108명, 여아가 154명으로, 성별의 차이는 크게 관찰되지 않았다. 1-분 및 5-분 아프가(Apgar) 점수, 평균 배꼽동맥 pH 및 분만 시 염기과다에서도 큰 차이점이 검출되지는 않았다.8 summarizes the maternal and fetal characteristics according to the delivery method. The mean (± standard deviation (STD)) maternal age of the asphyxia delivery group, emergency cesarean section group, and selective cesarean section group was 31 (± 3), 32 (± 3) and 33 (± 4) years, respectively. Significant differences were observed in maternal age between these three groups ( P = 0.013), and the mean maternal age of the asphyxia delivery group was younger than the other two groups. There were 108 boys and 154 girls, and no significant gender differences were observed. No significant differences were detected in the 1- and 5-minute Apgar scores, mean umbilical artery pH, and hyperbase at delivery.
도 8의 경우, 평균 FHR, STD, 변동 계수(CV), 및 분산지수(DI)를 포함하는 선형지수가, 모든 시간 세그먼트에서 각각의 분만 방식에 따라 유의적으로 상이한 것으로 나타났다. 도 8의 평균 및 STD의 비교를 볼 때, 질식 분만그룹의 RR 인터벌이 타 그룹의 RR 인터벌에 비해 유의적으로 길고 또 다양했다. 이러한 결과는 CV 및 DI와 같은 다른 선형 계측의 결과와 일치하고 있다. 쌍(Pairwise) 비교를 해보면, 질식 분만그룹과 응급 제왕절개 그룹, 그리고 질식 분만그룹과 선택적 제왕절개 그룹의 RR 인터벌의 선형지수가 모든 시간 세그먼트에서(최초 5분의 평균 지수는 제외) 상당한 차이가 있음을 나타내고 있다. RR 인터벌의 평균 지수에서, 질식 분만그룹과 선택적 제왕절개 그룹 사이에서만 최초 5분 동안 유의적으로 상이한 것으로 나타났다. 질식 분만그룹의 경우, 2000 RR 인터벌의 최종 5분에서 2000 RR 인터벌의 최초 5분에 비해 상당히 큰 선형지수가 나타났다. 이를 통해 볼 때, 질식 분만그룹의 최종 5분간의 RR 인터벌이 최초 RR 인터벌보다 더 잘 분산되어 있음을 알 수 있다.In the case of FIG. 8, the linear index including the mean FHR, STD, coefficient of variation (CV), and variance index (DI) was found to be significantly different for each delivery method in all time segments. In comparison of the mean and STD of FIG. 8, the RR interval of the asphyxia delivery group was significantly longer and varied than the RR interval of other groups. This result is consistent with the results of other linear measurements such as CV and DI. Pairwise comparisons show that the linear indices of the RR intervals in the vaginal delivery group, the emergency cesarean section group, and the choking delivery group and the optional cesarean section group are significantly different in all time segments (except for the average index of the first five minutes). It is present. In the mean index of the RR intervals, it was found that there was a significant difference in the first 5 minutes only between the asphyxia and selective cesarean sections. In the choking delivery group, the linear index was significantly larger in the last 5 minutes of the 2000 RR interval than in the first 5 minutes of the 2000 RR interval. From this, it can be seen that the RR interval of the last 5 minutes of the choking delivery group is better distributed than the initial RR interval.
각기 상이한 분만 방식의 각기 상이한 시간 세그먼트에서의 ApEn 및 SampEn 를 포함하는 비선형 지수가 표3에 나타나있다. 질식 분만그룹의 평균 ApEn 가 가장 낮았으며, 응급 제왕절개 그룹 및 선택적 제왕절개 그룹이 뒤따른다. 이는 모든 시간 세그먼트에서 그러했다(P =0.0001,P=0.0366,및 P = 0.0024. 2000 RR 인터벌, 각각 최초l 5 분 및 최종 5분). Nonlinear exponents including ApEn and SampEn in different time segments of different delivery modes are shown in Table 3. The average ApEn of the vaginal delivery group was the lowest, followed by the emergency cesarean section and selective cesarean section. This was true for all time segments ( P = 0.0001, P = 0.0366, and P = 0.0024. 2000 RR intervals, first 5 minutes and last 5 minutes, respectively).
또한, 모든 시간 세그먼트에서, 질식 분만그룹에서의 평균 SampEn이 가장 낮은 값을 나타냈으며, 그 뒤로 응급 제왕절개 그룹과 선택적 제왕절개 그룹의 순서이다 (P<0.0001,P=0.0264,및 P = 0.0011. 2000 FHR, 각각 최초 5분, 및 최종 5분). 또한, 쌍(Pairwise)비교를 통해(Bonferroni correction 적용 후), 모든 시간 세그먼트에서 질식 분만그룹과 선택적 제왕절개 그룹 간에 평균 ApEn 및 SampEn에 상당한 차이가 있음이 나타났다. 2000 RR 인터벌에서, 질식 분만그룹과 응급 제왕절개 그룹 사이의 평균 ApEn 및 SampEn 인터벌 또한 큰 차이점이 검출되었다. In addition, in all time segments, the mean SampEn in the choking delivery group showed the lowest value, followed by the emergency cesarean section and the optional cesarean group ( P <0.0001, P = 0.0264, and P = 0.0011. 2000 FHR, first 5 minutes, and last 5 minutes respectively). In addition, the pairwise comparison (after applying the Bonferroni correction) showed that there was a significant difference in mean ApEn and SampEn between the vaginal delivery group and the selective cesarean section group in all time segments. At the 2000 RR interval, significant differences were also detected between the mean ApEn and SampEn intervals between the choking delivery group and the emergency cesarean section.
질식 분만그룹의 경우, 2000 RR 인터벌에서 최초 및 최종 5분에서 평균 ApEn 및 SampEn 값에 큰 차이점이 나타났다. 최종 5분에서는 평균 ApEn (0.49 vs. 0.44, p=0.0007) 및 평균 SampEn (0.34 vs. 0.29, p<0.0001)가 질식 분만그룹의 최초 5분에 비해 상당히 낮았다. 선택적 제왕절개그룹 및 응급 제왕절개그룹 사이에서는 각기 다른 시간 세그먼트사이에서 차이점은 크게 감지되지 않았다. In the vaginal delivery group, there was a significant difference in mean ApEn and SampEn values at the first and last 5 minutes at the 2000 RR interval. At the last 5 minutes, mean ApEn (0.49 vs. 0.44, p = 0.0007) and mean SampEn (0.34 vs. 0.29, p <0.0001) were significantly lower than the first 5 minutes of the asphyxia delivery group. Differences between the different time segments were not significantly detected between the selective cesarean section and the emergency cesarean section.
도 7 내지 도 8은 질식분만그룹의 2000 RR 인터벌의 최초 5분, 제2 5분 및 최종 5분에 따른 평균 ApEn 및 평균 SampEN 를 도시한다. 질식분만그룹에서는 분만의 진행과 함께 평균 ApEn 및 평균 SampEN 이 점차적으로 감소하는 추세를 나타냈다.7 to 8 show mean ApEn and mean SampEN according to the first 5 minutes, the second 5 minutes and the last 5 minutes of the 2000 RR interval of the asphyxia delivery group. In the vaginal delivery group, mean ApEn and mean SampEN gradually decreased with the progress of delivery.
결론적으로, 본 실험에서 진통 제2기의 FHR 엔트로피 지수가 진통전 및 진통 제1기의 것에 비해 유의적으로 낮음을 밝혔다. 또한, 질식분만이 있기 전 대략 최종 16분 중에서 진통의 최종 5분의 태아가 진통의 최초 5분의 태아에 비해 FHR 엔트로피 지수가 훨씬 낮았다. 이러한 결과를 통해 진통이라는 고 스트레스 환경에서의 태아의 생리적 반응을 이해할 수 있으며, FHR 엔트로피 지수를 이용한 분만중 태아 모니터링 수행에 있어 진통기에 따라 각기 다른 판단 값이 주어져야 함을 시사한다.In conclusion, the FHR entropy index of the second analgesic phase was significantly lower than that of the first analgesic and analgesic phase. In addition, among the last 16 minutes before vaginal delivery, the last 5 minutes of fetus of analgesia were much lower in FHR entropy index than the first 5 minutes of analgesia. These results suggest that the physiological response of the fetus in the high stress environment of analgesia can be understood, and that different judgments should be given according to the analgesia in performing fetal monitoring during delivery using the FHR entropy index.
이상에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태아 건강 평가 방법에 대해서 살펴보았다.In the above, the fetal health evaluation method according to an embodiment of the present invention has been described.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태아 건강 평가 장치에 관해 도 6을 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, a fetal health evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 6.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태아 건강 평가 장치에 관한 블록도이다.6 is a block diagram of the fetal health evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명이 적용된 장치(600)는 전극부(610), 신호검출부(612), 분석부(614), 제어부(616), 엔트로피 연산부(618), A/D 변환부(620) 및 프레임 생성부(622)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the apparatus 600 to which the present invention is applied includes an electrode unit 610, a signal detector 612, an analyzer 614, a controller 616, an entropy calculator 618, and an A / D converter ( 620 and the frame generator 622.
상기 전극부(610)은 산모 복부로부터 생체신호를 검출한다.The electrode unit 610 detects a biosignal from a maternal abdomen.
상기 생체신호 검출부(612)는 전극부(610)로부터 검출된 생체신호를 증폭하고 잡음을 제거한다.The biosignal detection unit 612 amplifies the biosignal detected from the electrode unit 610 and removes noise.
상기 제어부(616)는 신호검출부(612)로부터 출력된 신호에서 태아의 심전도 데이터를 산모 복부 생체신호로부터 분리하여 추출하고, 디지털 신호로 변환하도록 제어하여 상기 변환된 신호로부터 독출된 태아 심박동 변이(Heart Rate Variability, HRV) 신호를 비선형 분석하도록 제어하여 획득된 엔트로피 정보(entropy information)에 기초하여 태아의 건강 상태를 인식하도록 출력한다.The control unit 616 extracts the fetal ECG data from the maternal abdominal biosignal in the signal output from the signal detector 612 and converts the fetal ECG data into a digital signal, thereby reading the fetal heartbeat variation read from the converted signal (Heart). Rate Variability (HRV) signal is controlled to be non-linear analysis and output to recognize the fetal health state based on the obtained entropy information.
또한, 상기 제어부(616)는 상기 태아 심박동 변이 신호에 대한 시계열 신호로부터 데이터 인덱스(data index)가 제로(zero) 이하 구간을 제외한 나머지 구간 중에서 기설정된 데이터 인덱스 신호구간의 정보를 추출하고, 상기 추출된 정보에 대한 스펙트럼 정규화를 수행하고, 상기 정규화 분포로부터 심박동 변이 신호의 프레임별 엔트로피 값을 산출하도록 제어하여 비선형 분석을 수행하도록 제어한다.In addition, the controller 616 extracts information of a predetermined data index signal section from the remaining sections except for a section in which a data index is less than zero, from the time series signal for the fetal heartbeat variance signal, and extracts the information. Spectral normalization is performed on the received information, and the control is performed to calculate an entropy value for each frame of the heartbeat variance signal from the normalization distribution, thereby performing nonlinear analysis.
이때, 상기 스펙트럼의 컷오프 주파수 결정은, 기설정된 데이터 인덱스 신호구간 차신호의 분포를 샤논 엔트로피(COF-SE)로 정량화하여 상기 샤논 엔트로피의 궤적의 기울기가 미리 설정된 임계치를 초과하는 점에서의 주파수를 상기 심박동 변이 신호의 고주파 잡음에 대한 컷오프 주파수로 결정된다.In this case, the cutoff frequency of the spectrum may be determined by quantifying the distribution of a predetermined data index signal interval difference signal by using Shannon entropy (COF-SE) to determine a frequency at a point where the slope of the Shannon entropy exceeds a preset threshold. The cutoff frequency for the high frequency noise of the heartbeat transition signal is determined.
계속해서, 상기 A/D 변환부(620)는 상기 제어부(616)의 제어 하에 추출된 태아의 심전도 데이터를 디지털신호로 변환한다.Subsequently, the A / D converter 620 converts the ECG data of the fetus extracted under the control of the controller 616 into a digital signal.
상기 프레임 생성부(622)는 상기 변환된 신호로부터 독출된 HRV 신호를 프레임별로 세분화한다.The frame generator 622 subdivides the HRV signal read out from the converted signal for each frame.
상기 분석부(614)는 상기 프레임별 HRV 신호에 대한 스펙트럼 정규화를 수행하다.The analyzer 614 performs spectral normalization on the HRV signal for each frame.
상기 엔트로피 연산부(618)은 상기 분석부(614)로부터 정규화 수행된 HRV 신호에 대한 프레임별 엔트로피값을 산출한다.The entropy calculator 618 calculates an entropy value for each frame of the HRV signal normalized from the analyzer 614.
상기와 같이 본 발명에 따른 태아 건강 평가 방법 및 장치에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.As described above, the operation of the fetal health evaluation method and apparatus according to the present invention can be made. Meanwhile, in the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. have. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but by the claims and equivalents of the claims.
본 발명은 보다 정확한 태아 심전도 신호를 추정할 수 있을 뿐만 아니라, 엔트로피 변화 정보를 이용하여 급격한 입력신호의 변화에 따른 비선형 분석을 수행할 수 있어 원치 않은 노이즈를 효과적으로 줄이거나 신호대잡음비가 개선된 분석이 가능하도록 해준다.The present invention not only can estimate the fetal ECG signal more accurately, but also can perform nonlinear analysis according to the rapid change of the input signal using the entropy change information, thereby effectively reducing the unwanted noise or improving the signal-to-noise ratio. To make it possible.

Claims (10)

  1. 태아 건강 평가 방법에 있어서,In the fetal health evaluation method,
    산모의 복부로부터 생체신호를 검출하는 과정과,Detecting a biological signal from the mother's abdomen,
    상기 검출된 신호로부터 태아의 심전도 데이터를 추출하는 과정과,Extracting ECG data of the fetus from the detected signal;
    상기 추출한 태아의 심전도 데이터로부터 태아 심박동 변이(Heart Rate Variability, HRV) 신호를 독출하는 과정과,Reading a fetal heart rate variability (HRV) signal from the extracted ECG data of the fetus,
    상기 독출된 태아 심박동 변이 신호를 프레임별로 세분화하고, 상기 프레임별 태아 심박동 변이 신호를 기설정된 주기별로 비선형 분석하는 과정과,Subdividing the read fetal heartbeat variance signal by frame and nonlinear analysis of the fetal heartbeat variance signal by frame at predetermined intervals;
    상기 비선형 분석 결과에 기초하여 태아의 건강 상태를 인식하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 태아 건강 평가 방법Fetal health evaluation method comprising the step of recognizing the health status of the fetus based on the non-linear analysis results
  2. 제1항에 있어서, 상기 심박동 변이 신호는 엠-모드(Motion-mode) 초음파 도플러 방식으로 측정된 신호로부터 획득됨을 특징으로 하는 태아 건강 평가 방법.The method of claim 1, wherein the heartbeat variance signal is obtained from a signal measured by a motion-mode ultrasonic Doppler method.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비선형 분석은,The method of claim 1, wherein the non-linear analysis,
    상기 태아 심박동 변이 신호에 대한 시계열 신호로부터 데이터 인덱스(data index)가 제로(zero) 이하 구간을 제외한 나머지 구간 중에서 기설정된 데이터 인덱스 신호구간의 정보를 추출하는 단계와,Extracting information of a predetermined data index signal section from a section except for a section in which a data index is less than zero from a time series signal for the fetal heartbeat variance signal;
    상기 추출된 정보에 대한 스펙트럼 정규화를 수행하는 단계와,Performing spectral normalization on the extracted information;
    상기 정규화 분포로부터 심박동 변이 신호의 프레임별 엔트로피 값을 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 태아 건강 평가 방법.And calculating the frame-specific entropy value of the heartbeat variance signal from the normalized distribution.
  4. 제2항에 있어서, 상기 정규화를 수행하는 단계는,The method of claim 2, wherein performing normalization comprises:
    상기 태아 심박동 변이 신호를 패스트 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)하고, 상기 패스트 푸리에 변환된 결과로부터 스펙트럼을 획득한 후, 상기 스펙트럼의 컷오프(cutoff) 주파수 결정을 통해 이루어짐을 특징으로 하는 태아 건강 평가 방법.Fast Fourier Transform (Fast Fourier Transform) the fetal heartbeat variance signal, and after obtaining a spectrum from the Fast Fourier transform results, fetal health evaluation method characterized in that it is made by determining the cutoff frequency of the spectrum.
  5. 제3항에 있어서, 상기 기설정된 데이터 인덱스 신호구간은 데이터 인덱스 11에서 15까지 임을 특징으로 하는 태아 건강 평가 방법.The method of claim 3, wherein the predetermined data index signal interval is from data indexes 11 to 15.
  6. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    기설정된 데이터 인덱스 신호구간 차신호의 분포를 샤논 엔트로피(COF-SE)로 정량화하여 상기 샤논 엔트로피의 궤적의 기울기가 미리 설정된 임계치를 초과하는 점에서의 주파수를 상기 심박동 변이 신호의 고주파 잡음에 대한 컷오프 주파수로 결정됨을 특징으로 하는 태아 건강 평가 방법.Quantifying the distribution of the difference signal interval of a predetermined data index signal by Shannon entropy (COF-SE) to cut off the frequency at the point where the slope of the Shannon entropy exceeds a preset threshold for the high frequency noise of the heartbeat variance signal. Fetal health assessment method characterized in that it is determined by the frequency.
  7. 태아 건강 평가 장치에 있어서,In the fetal health evaluation device,
    산모 복부로부터 생체신호를 검출하는 전극부와,An electrode unit for detecting a biological signal from the mother's abdomen,
    상기 검출된 생체신호로부터 태아의 심전도 데이터를 산모 복부 생체신호로부터 분리하여 추출하여 상기 추출한 태아의 심전도 데이터로부터 태아 심박동 변이(Heart Rate Variability, HRV) 신호를 독출하는 생체신호 검출부와,A biosignal detection unit extracting fetal ECG data from the detected biosignal from a maternal abdominal biosignal and reading fetal heart rate variability (HRV) signals from the extracted fetal ECG data;
    상기 독출된 태아 심박동 변이 신호를 프레임별로 세분화하는 프레임 생성부와,A frame generator for subdividing the read fetal heartbeat variance signal for each frame;
    상기 프레임별 HRV 신호에 대한 스펙트럼 정규화를 수행하는 분석부와,An analyzer for performing spectral normalization on the frame-specific HRV signal;
    상기 분석부로부터 정규화 수행된 HRV 신호에 대한 프레임별 엔트로피값을 산출하는 엔트로피 연산부와,An entropy calculator configured to calculate an entropy value for each frame of the HRV signal normalized from the analyzer;
    상기 프레임별 태아 심박동 변이(Heart Rate Variability, HRV) 신호를 기설정된 주기별로 비선형 분석하도록 제어하여 상기 비선형 분석 결과에 기초하여 태아의 건강 상태를 인식하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 태아 건강 평가 장치.And a control unit configured to non-linearly analyze the fetal heart rate variability (HRV) signal for each frame at predetermined intervals and recognize a fetal health state based on the non-linear analysis result. .
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 7, wherein the control unit,
    상기 태아 심박동 변이 신호에 대한 시계열 신호로부터 데이터 인덱스(data index)가 제로(zero) 이하 구간을 제외한 나머지 구간 중에서 기설정된 데이터 인덱스 신호구간의 정보를 추출하고, 상기 추출된 정보에 대한 스펙트럼 정규화를 수행하고, 상기 정규화 분포로부터 심박동 변이 신호의 프레임별 엔트로피 값을 산출하도록 제어하여 비선형 분석을 수행함을 특징으로 하는 태아 건강 평가 장치.From the time series signal for the fetal heartbeat variance signal, information of a predetermined data index signal section is extracted from the remaining sections except for a section in which a data index is less than zero, and spectral normalization is performed on the extracted information. And calculating a frame-by-frame entropy value of the heartbeat variance signal from the normalized distribution to perform nonlinear analysis.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스펙트럼 정규화 수행은,The method of claim 8, wherein performing spectral normalization,
    상기 태아 심박동 변이 신호를 패스트 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)하고, 상기 패스트 푸리에 변환된 결과로부터 스펙트럼을 획득한 후, 상기 스펙트럼의 컷오프(cutoff) 주파수 결정을 통해 수행됨을 특징으로 하는 태아 건강 평가 장치.And fast Fourier transform the fetal heartbeat variance signal, obtain a spectrum from the fast Fourier transform, and determine the cutoff frequency of the spectrum.
  10. 제9항에 있어서,The method of claim 9,
    기설정된 데이터 인덱스 신호구간 차신호의 분포를 샤논 엔트로피(COF-SE)로 정량화하여 상기 샤논 엔트로피의 궤적의 기울기가 미리 설정된 임계치를 초과하는 점에서의 주파수를 상기 심박동 변이 신호의 고주파 잡음에 대한 컷오프 주파수로 결정됨을 특징으로 하는 태아 건강 평가 장치.Quantify the distribution of the data signal difference signal section by using Shannon entropy (COF-SE) to cut off the frequency at which the slope of the Shannon entropy exceeds a preset threshold for the high frequency noise of the heartbeat variance signal. Fetal health evaluation device, characterized in that determined by frequency.
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