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Title Methodology for Hypertension Diagnosis from PPG only using PCA for Preventive Healthcare/
Degree MS
Author Byunghak Kong
Advisor Kiseon Kim
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    Date 2019-02-25 10:07
심혈관 질환은 세계에서 일어나는 사망의 주된 원인으로써 심각한 영향을 미치고 있다. 그 중 고혈압은 뇌졸중, 심근 경색, 신부전과 같은 심혈관 질환의 치명적인 원인이다. 이러한 이유로, 일상생활에서의 혈압 측정이 필요하며, 이를 위해서는 연속적이고 비침습적인 혈압 측정 방법이 요구된다. 최근 몇 년간, 광용적맥파(PPG)를 이용한 혈압 추정에 관한 많은 연구가 진행되었다. 이러한 새로운 혈압 측정 방법은 광용적맥파 센서만을 이용함으로써 일상생활에서의 실시간 혈압 측정, 더 나아가 치명적인 심혈관 질환의 발생에 대한 예방을 가능하게 해준다. 이와 관련된 논문에서 혈압을 추정하는 데 사용될 수 있는 광용적맥파의 많은 특징이 제안되었다. 하지만 제안된 특징들은 신호의 비정상성(non-stationary)으로 인해 모든 연령대와 특정한 환자들의 광용적맥파로부터 추출될 수 없다는 한계를 가지고 있다.

본 논문에서는 주성분 분석법(PCA)을 이용하여 추출한 새로운 특징들을 소개한다. 이는 광용적맥파의 비정상성에서 벗어나 모든 사람의 신호로부터 혈압에 관련된 정보를 담고 있는 특징을 추출하기 위함이다. 그리고 광용적맥파를 이용한 새로운 고혈압 진단 방법론이 소개되어 있다. 이 방법론은 혈압값을 추정하는 대신에 현재 혈압의 상태를 고혈압 또는 정상으로 구분하는 것이다. 소개된 방법론은 예방적 건강관리에 초점을 맞춘 것이며, Physionet에서 제공하는 MIMICⅡ (Multiparameter Intelligent Monitoring in Intensive Care Ⅱ)데이터를 이용하여 성능 실험 및 분석되었다.

Cardiovascular diseases (CVD) have seriously affected the leading causes of death in the world. Hypertension is a very fatal cause of CVD such as stroke, heart attack and kidney failure. Because of this, the daily monitoring of blood pressure is required in a continuous and non-invasive manner. In recent years, seminal studies on the estimation of blood pressure using photoplethysmography (PPG) have been reported. PPG enables us to monitor blood pressure condition in daily life and to prevent unexpected consequences. The related works have proposed many features of PPG signal to estimate blood pressure. However, there exists a limitation of extracting features from PPG signal of all people due to its inherent non-stationary characteristics.

In this thesis, we propose new features by applying the principal component analysis (PCA) technique to extract features. This approach is designed to overcome the non-stationary characteristic of PPG signal and to extract information to estimate blood pressure. Moreover, a novel methodology for hypertension diagnosis using PPG alone is introduced. This methodology is to classify the blood pressure condition of the subject, whether in danger or normal range, instead of exact blood pressure value. This is focused on preventive healthcare and tested based on the MIMIC database that is freely available to public by Physionet.
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광주과학기술원 한·러 MT-IT 융합기술연구센터 광주과학기술원정보통신공학부