신호처리 결과

이 페이지의 숫자에 대하여

아래 숫자는 모두 PC 에서 C 참조 구현을 실제로 돌려 잰 시험 결과입니다. 입력은 공개 심전도 데이터베이스 기록(MIT · NST · CU · VFDB)과 합성 신호(합성 60 Hz 잡음, 합성 근잡음, 합성 페이스메이커 펄스, 합성 4리드)입니다. 실제 장치 · 실제 사람에게서 잰 값이 아닙니다.

• 학습 · 문턱 · 규칙 고르기는 시험 DB 를 뺀 안쪽 데이터에서만 했습니다(DB 묶음 분할, 박동 분류는 환자 간 분리).
• 잘 안 된 것과 실패한 것도 그대로 적었습니다. 아직 합격이라 부를 수 있는 단계가 아닙니다.
• MCU 연산 시간은 맥 실측에서 환산한 추정이며, 실제 MCU 보드 측정 전입니다.

1. 한눈에 (4차 — 헛경보 줄이기)

목표(놓침을 늘리지 않고 헛경보 줄이기)는 반만 이뤘습니다. VF 헛경보는 줄었지만, 짧은 VF 조각 놓침이 늘었고, VT 헛경보는 줄지 않았으며, VF 와 VT 를 가르는 것은 실패했습니다.

• VF 헛경보: CU 61 → 44회 (12.6 → 9.1 회/시간, −28 %), VFDB 183 → 136회 (14.3 → 10.6, −26 %). 줄인 수단은 거의 다 경보 확인 규칙(3초 연속 → 4초 연속)입니다. MIT · NST 는 3차처럼 0회
• 8 s 이상 VF 를 9 s 안에 잡은 수: CU 45/47, VFDB 27/27, MIT 3/4 (3차와 같음). 지연 중앙 CU 3.7 → 4.7 s, VFDB 3.8 → 3.8 s
• 놓침이 늘어난 곳: 8 s 미만 짧은 조각. 에피소드 전체로 CU 47 → 46/47, VFDB 105 → 96/111, MIT 4 → 3/6
• VF 와 VT 구분: 실패. 새 특징 6개를 넣어도 기록을 나눠 재면 AUC 0.44~0.61 — 우연 수준. 둘 다 고우선이라 「치명 부정맥(VF/VT)」 하나로 경보하고 이름은 참고로 두는 것이 지금 데이터로 할 수 있는 처리입니다
• VT 헛경보: 줄지 않았다. NST 24.8 → 27.1, CU 14.8 → 17.0, VFDB 21.8 → 20.0, MIT 0.8 → 0.7 회/시간. 대신 MIT 5박 이상 VT 를 5 → 8/11 잡습니다
• 치명 부정맥 경보(VF ∪ VT) 헛경보: MIT 0.8 → 0.8, NST 23.9 → 26.1, CU 21.7 → 20.7, VFDB 18.3 → 17.0 회/시간
• 박동 분류 V: LDA → 그루터기 부스팅. DS1 V Se 66.6 → 86.3 %, +P 85.5 → 85.8 %. DS2 Se 86.8 → 96.5, +P 82.9 → 77.3 (+P 는 내려감)
• 무수축 근잡음 150 µV: 합성 근잡음에서 경보 켜진 비율 17 → 87 %. 실제 근잡음 기록(NST ma)은 그대로(켜진 비율 21 %)
• 합성 4리드: RA 전극 하나만 움직임 잡음이면 VT 헛경보가 1리드 11.4 → 2리드 6.8 → 4리드 2.9 회/시간
• MCU 연산(추정): 맥에서 신호 1 s 처리 168 µs(2리드) · 318 µs(4리드) 실측. Cortex-M7 800 MHz 환산 부하 0.5~0.9 %(2리드) — 추정. 배정밀 FPU 가 필요

2. 2중 적응형 노치 (전원 60 Hz 잡음 제거)

노치는 2차(v2)에서 만든 것을 4차까지 그대로 씁니다. 아래는 2차 시험 결과입니다(합성 신호, 1차 시험과 같은 신호 · 같은 난수 씨앗, 처음 10 s 제외).

2.1 바꾼 것 (1차 → 2차)

• 추정기 입력에 40 Hz 4차 고역필터 + 추정기 지연 400 ms
• 모든 리드가 주파수 추정기 하나를 공유(기본)
• Goertzel 초기 탐색: 2 s 창으로 58.0~62.0 Hz 를 0.1 Hz 간격 41칸 탐색. 60 Hz 를 처음 확인하기 전에는 적응하지 않음
• QRS 기울기 게이트 + 출력단 「QRS 동결 상쇄기」: QRS 가 지나가는 동안 가중치를 얼려 고정된 정현파만 뺌. 동결을 QRS 시작 전에 걸려고 출력을 40 ms 늦춤

2.2 수렴 · 감쇠

• 20 µVp-p 수렴: 1차 50.5~60.0 s → v2 상쇄기 5.3~10.1 s
• 100 µVp-p: 9.8~10.0 s → 3.0~5.0 s
• 1 mVp-p: 2.2 s → 60.0 Hz 가 아닌 주파수에서 2.9~4.7 s 로 1차보다 늦음(첫 Goertzel 블록 2 s 를 기다리기 때문)
• 60 Hz 감쇠: v2 상쇄기 −56.6 ~ −71.8 dB, 1차 개선안 −41.7 ~ −92.1 dB. 작은 60 Hz 에서는 v2 가 깊고, 100 µVp-p 이상에서는 1차가 더 깊은 칸이 많음
• 60 Hz 가 없을 때: 1차는 58.16 Hz 쪽으로 떠돌았고, v2 는 60.000 Hz · HOLD 99 %에 머묾
• 계단 60.0 → 60.2 Hz 재수렴 5.5 s (1차 5.3 s)

2.3 노치가 심전도를 깎는가 · 링잉

• 깎임은 출력단이 결정합니다. 상쇄기로 바꾸자 보통 QRS 0.0~0.1 µV, 좁은 QRS 0.8~0.9 µV, 삼각파 20 ms 1.0~1.1 µV
• 대가는 화면 파형 전체가 40 ms 늦어지는 것입니다
• 좁은 QRS 에서는 v2 도 추정 주파수가 −6.4 ~ −8.6 mHz 치우쳐 「5 mHz」 수렴 기준을 끝까지 못 맞췄습니다(1차도 −6.4 ~ −8.3 mHz)
• lead III 잔차 ε = RMS(II − I − III)/RMS(II): 공유 추정기 0.48~0.49 % (판정값 ≤ 1 % 안)
• 전극 DC 오프셋 300 mV 를 넣었을 때 IIR 노치(1차 구조)는 최대 88 µV 까지 틀렸고, 상쇄기는 0.59 µV 로 오프셋과 무관했습니다

3. QRS 검출 1~4차 대비

박동 단위 채점은 WFDB bxb 로 했습니다. 2차부터는 교차검증(고를 때 안 본 묶음에서 잰 값)입니다. 4차의 박동 위치는 3차와 한 표본도 다르지 않습니다(4개 DB 전 기록 확인).

• 2차에서 헛검출은 줄었고 놓침은 늘었습니다(적응 문턱이 Se 를 깎음)
• 검출 지연(2차, MIT 48): 확정 검출 중앙 278 ms. 표시용 빠른 검출을 따로 두어 하트 깜빡임은 R 뒤 중앙 36 ms(95 % 66 ms). 빠른 검출은 MIT 에서 Se 97.37 · +P 99.90 로 확정 검출보다 덜 맞습니다
• 페이스메이커(2차, 합성): 외부 플래그(AFE 칩 내 페이스 검출을 흉내 — 칩이 펄스를 완벽히 잡는다는 가정) + 블랭킹 + 꼬리 보정이면 합성 144조건 전부 HR 이 맞았습니다. 500 SPS 소프트 검출은 펄스 면적 5 mV·ms 이상만 잡았고, MIT 102 · 104 · 107 · 217 에서는 펄스를 하나도 못 잡았습니다

4. VF · VT 헛경보

4.1 VF 와 VT 를 가를 수 있나 — 실패

VF 창 6,432개 · VT 창 5,044개로 「VF 대 VT」 부스팅을 기록 묶음 5겹(같은 기록이 학습과 시험에 함께 들어가지 않음)으로 쟀습니다.

AUC 0.5 근처는 「못 가른다」입니다. VF 경보 안에서 VT 를 따로 부르는 단계는 넣지 않았습니다. VFDB 의 VT 창 중 VF 로 부른 비율은 3차 69.6 % → 4차 74.9 %.

4.2 경보 확인 규칙

VF 경보 = 최근 m 초 중 k 초 이상 P ≥ 문턱이고 지금 초도 ≥ 문턱이면 켬, 3초 연속 미만이면 끔. 3차는 k = m = 3. 기본값은 안쪽 데이터에서 골랐습니다(바깥 시험 묶음은 쓰지 않음).

4.3 VF 헛경보 — 3차와 4차

창 Se/Sp 는 확인 규칙 전 문턱 기준이라 3차와 거의 같습니다. 헛경보가 준 것은 모형이 아니라 확인 규칙 때문입니다. 놓친 것은 주로 8 s 미만 짧은 조각(VFDB 419 의 1.1~2.3 s 조각 9개, 422 의 6.8 s, MIT 207 의 5.9 s)입니다.

4.4 VT 경보 재확인 — 기본으로 넣지 않음

VT 경보 = V 5개 연속 · 100 bpm 이상. 다른 리드 일치 · 모양 일치 · 잡음 의심 · 연속 수 · 속도로 재확인하는 후보 768칸을 안쪽에서 골랐습니다.

리드 일치(박동마다)는 NST 헛경보를 27.1 → 3.3/h 로 거의 없애지만 VFDB VT 를 34 → 26/64 로 놓칩니다. 모양 일치 · 연속 수 · 속도도 모두 같은 방향(헛경보 ↓ · VFDB 놓침 ↑)이었습니다. 그래서 4차 기본은 재확인 끔(놓침을 늘리지 않는 쪽)입니다.

4.5 치명 부정맥 경보(VF ∪ VT) 를 하나로 보면

VT 를 VF 로 부른 것은 이 표에서는 헛경보가 아닙니다.

5. 경보 지연 (합 10 s 목표)

「조건 지연 + 신호 생성 지연 ≤ 10 s」를 VF · VT 에도 목표로 잡았습니다(제안). 신호 생성 지연(소리 · 화면)은 아직 없어 못 쟀으므로 1 s 를 남겨 두고 조건 지연 9 s 를 기준선으로 썼습니다(제안).

6. 무수축 — 근잡음 150 µV 대책

무수축 시계는 박동이 올 때마다 0 으로 돌아갑니다. 4차는 「믿을 만한 박동」(진폭 / 40 Hz 이상 rms ≥ 6)만 시계를 되돌리게 했습니다(학습 반에서 고름). 박동 출력(HR 계산)은 그대로 두고 무수축에만 씁니다.

칸 = 무수축 사건 10 s 안 경보 기록 수 · 무수축 30 s 중 경보 켜진 비율 · 사건 없는 8기록의 헛 무수축 초 합

• 실제 근잡음(ma)은 풀리지 않았습니다. 실제 근잡음은 1~30 Hz 에 에너지가 많아 QRS 와 주파수로 갈라지지 않습니다
• 300 µV 합성 잡음 + 정상 심전도에서 헛 무수축이 새로 생겼습니다(리드마다 따로 3/8 기록 133 s, 공통 4/8 기록 109 s). 150 µV 까지는 0 s
• 3차 합성 13종을 4차로 다시 돌린 결과 「근잡음 150 µV」만 바뀌었습니다(켜진 비율 21 → 87 %). 나머지 12종(평탄 · P파만 · 리드오프 등)은 경보 종류 · 지연이 3차와 같습니다

7. 박동 분류 V — 환자 간 분리 그대로

분류기를 LDA(3차)에서 클래스마다 그루터기 부스팅(64 · 128개)으로 바꿨습니다. 고르기는 안쪽 4겹만 썼고, 어떤 기록도 자기 박동으로 학습한 모형으로 재지 않았습니다.

• DS1 V Se 66.6 → 86.3 % 로 올랐고 +P 도 내려가지 않았습니다. 대신 DS2 +P 가 82.9 → 77.3 %, NST V 헛이 3,429 → 3,589 로 늘었고, 이것이 VT 헛경보 증가로 이어졌습니다
• 연속 이소성 박동(MIT 44): couplet Se/+P 36.0/69.5 → 54.5/69.8 %
• 처음 시도(LDA + 새 모양 특징 + 환자 적응 정규화)는 DS1 V Se 를 54.4 % 로 오히려 떨어뜨렸습니다. 그 뒤 분류기 종류를 고르기 후보에 넣었습니다 — 즉 후보는 시험 결과를 한 번 본 뒤 늘렸습니다

8. 합성 4리드(I · II · III · V) 전극 잡음

MIT 20기록의 두 채널로 4리드를 근사 합성하고(I = III = 0.5·II 근사), 실제 전극 움직임 잡음(em)을 전극마다 다른 구간에서 잘라 RA · LA · LL · V 에 붙였습니다.

• III(LL−LA)에는 RA 잡음이 안 들어가 SQI 가 그 리드를 고릅니다. 네 전극이 모두 흔들리면 리드 수가 도움이 안 됐습니다
• 이 합성은 I · III 를 II 의 축소판으로 만들어 리드 사이 모양 차이가 실제보다 작습니다. 실제 다중 리드 기록이나 장치 신호로 다시 재야 합니다

9. MCU 연산량 (맥 실측 → 추정 환산)

C 참조 구현을 맥(Apple M6, clang -O2)에서 MIT 207 30분(2리드)과 같은 기록의 합성 4리드로 5번 돌려 쟀습니다. Cortex-M7 값은 추정입니다(명령 수가 같다고 두고 CPI 0.8~1.5, 800 MHz).

• Cortex-M7 빌드 확인: 정적 부동소수 명령 f32 3,263개 · f64 802개 → 배정밀 FPU 가 있는 M7 이어야 합니다. 코드 .text 68 KB
• RAM(추정): 2리드 117 KB · 4리드 187 KB
• 1 s 블록(VF 특징: 리드마다 1024점 FFT 5번 등)이 한 번에 몰려 돌기 때문에, 그동안 들어오는 표본(500 SPS)을 DMA · FIFO 로 받아 두어야 합니다(설계 사항, 측정 전)

10. 1~4차 대비

11. 한계 · 확인 못 한 것

• VF 와 VT 구분 실패(AUC ≈ 0.5). 경보 이름을 「VF/VT」 하나로 할지는 미정
• VT 헛경보 NST 27.1 · CU 17.0 · VFDB 20.0 회/시간. 재확인 규칙은 모두 VFDB VT 를 놓치게 했다
• 8 s 미만 VF 조각을 더 놓친다(VFDB 9개 · MIT 1개). 짧게 끝나는 조각에 경보를 낼지는 미정
• 실제 근잡음(ma) 무수축 놓침. 300 µV 합성 잡음에서 새 헛 무수축
• DS2 V +P 77.3 %(3차 82.9), 페이싱 기록 V +P 20.0 %, 그 밖의 박동(SVEB 등)은 다루지 않았다
• 노치: 1 mVp-p 수렴이 1차보다 늦고, 좁은 QRS 에서 주파수 추정 치우침 −6~−9 mHz. 실제 시뮬레이터 · 실제 AFE 잡음으로 다시 재야 한다
• MCU 시간은 맥 실측에서 환산한 추정. 실제 M7 보드 측정 전. 경보 신호 생성 지연(소리 · 화면)도 측정 전
• 확인 규칙 · 믿을 만한 박동 문턱 · ±120 ms 등은 모두 개발 중 정한 제안 값이며 확정 사양이 아니다