3축 가속도 센서 스트림에 대한 유한차분 및 합성곱 신경망 기반의 뇌전증 발작 감지 기법
Epileptic Seizure Detection Method based on Finite Difference and Convolutional Neural Networks on 3-axis Accelerometer Streams
- 주제(키워드) 딥러닝 , 합성곱 신경망 , 다변량 분석 , 유한차분법 , IoT , 스트림 데이터 , Deep Learning , CNN , Multivariate Analysis , Finite Difference Method , IoT , Stream Data
- 주제(기타) 컴퓨터학
- 설명문(URI) https://www.kci.go.kr/kciportal/ci/sereArticleSearch/ciSereArtiView.kci?sereArticleSearchBean.artiId=ART002714826
- 관리정보기술 faculty
- 등재 KCI등재
- 발행기관 한국정보과학회
- 발행년도 2021
- URI http://www.dcollection.net/handler/ewha/000000180147
- 본문언어 한국어
초록/요약
뇌전증은 발작을 동반하는 만성 뇌질환이다. 뇌전증 발작 감지에는 일반적으로 뇌파를 활용한다. 뇌전증 발작은 불규칙한 시점에 발생하며, 지속적일 경우 뇌손상 또는 사망에 이를 수 있는 응급 상황이다. 따라서 신속한 대처를 위한 일상생활 중 뇌전증 발작의 실시간 감지가 중요하다. 그러나 센서 민감도와 같은 기술적 한계로 인하여, 현재까지는 전문 장비를 갖춘 병원에서조차 정확한 뇌파의 측정이 어렵다. 또한, 실시간으로 뇌파를 측정할 수 있는 웨어러블 기기로의 상용화는 더욱 어려운 상황이다. 따라서 3축 가속도 센서 스트림 기반 동작 인식은 일상생활 중 실시간 뇌전증 발작 감지를 위한 현실적인 대안이다. 본 논문에서는 스마트폰, 스마트워치 등에 내장된 3축 가속도 센서 데이터에 대한 유한차분 및 합성곱 신경망 기반의 뇌전증 발작 감지 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 뇌전증 발작의 의학적 특성에 근거하여, 유한차분을 통해 각 축 값의 변화율을 구하고, 합성곱 신경망 기반의 다변량 분석을 수행하여 각 축 값 변화율 간의 관계를 통합적으로 고려한다. 제안하는 기법은 걷기, 뛰기와 같은 대표 동작 외에도 양치질, 톱질 등 뇌전증 발작과 유사한 짧은 주기의 반복 동작을 포함한 17가지 일상 상황들로부터 99% 이상의 확률로 뇌전증 발작을 감지할 수 있음을 실험을 통해 확인하였다.
more초록/요약
Epilepsy is a chronic brain disease causing repetitive seizures. Epileptic seizures occur irregularly and are emergency situations that can lead to brain damage or even death if happen continuously. Therefore, real-time detection of epileptic seizures is important for rapid treatment. However, due to some technical limitations like sensitivity of sensors, it is difficult to accurately measure EEG even in hospitals. Also, it is even more difficult to commercialize wearable devices. Therefore, human activity recognition on 3-axis accelerometer streams is a realistic alternative for real-time detection of epileptic seizures. In this paper, we propose a epileptic seizure detection method based on finite difference and CNN for 3-axis accelerometer streams measured from smart devices. The proposed method considers the medical characteristics of epileptic seizures to calculate the finite difference of each axis, and carries out multivariate analysis based on CNN to integratively consider the relationship between rate of changes of each. Our experiments show that our method can detect the epileptic seizures with a probability of more than 99% from 17 types of daily activities including repetitive activities in short cycles being thought to be similar to epileptic seizures such as brushing teeth and sawing besides typical movements like walking or running.
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